JP2013510576A - Methods and compositions for generation and regulation of iPS cells - Google Patents
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Abstract
本発明は、従来の方法と比べて誘導効率が高い誘導多能性幹(iPS)細胞生成方法を提供する。その方法は、体細胞を、その細胞中でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質および/またはp21阻害剤と組み合わせて核初期化因子により処理することを含む。本発明はさらに、そのような方法により生成されたiPS細胞、ならびにそのようなiPS細胞の臨床使用および研究使用を提供する。
【選択図】なしThe present invention provides a method for generating induced pluripotent stem (iPS) cells that has higher induction efficiency than conventional methods. The method includes treating somatic cells with a nuclear reprogramming factor in combination with agents and / or p21 inhibitors that alter microRNA levels or activity in the cells. The present invention further provides iPS cells generated by such methods, as well as clinical and research uses of such iPS cells.
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Description
本発明は、一般に、誘導多能性幹(iPS)細胞の分野に関し、より具体的には、そのような細胞を体細胞から生成する方法、ならびにそのような方法により生成されたiPS細胞の臨床使用および研究使用に関する。 The present invention relates generally to the field of induced pluripotent stem (iPS) cells, and more specifically, methods for generating such cells from somatic cells, and clinical practice of iPS cells generated by such methods. Use and research use.
誘導多能性幹細胞(iPSC)は、胚性幹(ES)細胞の特性を示し、当初はマウス体細胞における4種の核初期化因子(4F):Oct4、Sox2、Klf4およびcMycの異所発現により生成された。ヒト細胞では、最初の4種の山中因子の他にも、4種の因子の別のセット、例えば、Oct4 Nanog Lin28およびSox2を用いてiPSCを生成することもできる。異なる組織由来の多くの細胞種が初期化可能であると確認されているが、典型的に0.01%〜0.2%という低初期化効率がiPSC誘導およびさらなる治療的使用のための主要な障害である。初期化効率を高める小分子についてのスクリーニングだけでなく、iPSC誘導の新しい方法の開発にも多大な努力が注ぎ込まれてきたが、初代繊維芽細胞がES様状態に初期化される機構はまだ大部分が不明である。 Induced pluripotent stem cells (iPSCs) display characteristics of embryonic stem (ES) cells, initially ectopic expression of four nuclear reprogramming factors (4F) in mouse somatic cells: Oct4, Sox2, Klf4 and cMyc Generated by. In human cells, in addition to the first four Yamanaka factors, iPSCs can also be generated using another set of four factors, such as Oct4 Nanog Lin28 and Sox2. Although many cell types from different tissues have been identified as reprogrammable, a low reprogramming efficiency of typically 0.01% to 0.2% is a key for iPSC induction and further therapeutic use It is a serious obstacle. A great deal of effort has been put into the development of new methods of iPSC induction, as well as screening for small molecules that increase reprogramming efficiency, but the mechanism by which primary fibroblasts are reprogrammed to an ES-like state is still large. The part is unknown.
細胞初期化の機構を理解するために、種々のアプローチが用いられてきた。小分子に基づく方法では、Dnmt1阻害剤で細胞を処理することによって、初期化プロセスを加速させることができることが確認された。またTGFβ阻害もより速く、かつ、より効率的なiPSC誘導を可能にすることが見出された。これはSox2およびcMycに取って代わることができる。さらにまたアレイ解析では、部分的に初期化されたiPSCは、メチルトランスフェラーゼ阻害剤などの因子での処理が行われるとさらに完全に初期化され得ることが示された。4種の初期化因子によるプロモーター結合および発現誘導の網羅的ゲノム解析では、これらの因子はiPSCおよびmES細胞において類似した標的を有し、おそらく類似した遺伝子セットを調節するであろうこと、さらに、部分的iPSCでは初期化因子のターゲッティングが変更されることも証明されている。 Various approaches have been used to understand the mechanism of cell reprogramming. In the small molecule based method, it was confirmed that the reprogramming process can be accelerated by treating cells with Dnmt1 inhibitor. TGFβ inhibition has also been found to allow faster and more efficient iPSC induction. This can replace Sox2 and cMyc. Furthermore, array analysis has shown that partially initialized iPSCs can be more fully initialized when treated with factors such as methyltransferase inhibitors. In an exhaustive genomic analysis of promoter binding and expression induction by four reprogramming factors, these factors have similar targets in iPSC and mES cells and probably regulate similar gene sets, Partial iPSCs have also been shown to change the targeting of reprogramming factors.
ごく最近では、いくつかのグループによってp53媒介腫瘍抑制経路がiPSC誘導に拮抗し得ることが確認された。p53およびその下流のエフェクターp21の両方は初期化プロセス中に誘導され、両タンパク質の発現低下によってiPSCコロニー形成が促進され得る。これらのタンパク質は4種の初期化因子(4F)を発現する大部分の細胞においてアップレギュレートされ、cMycはp21発現を遮断すると報告されているが、これらの4種の因子(4F)の異所発現が癌遺伝子/導入遺伝子過剰発現に対する細胞応答をいかにして克服し、なぜ細胞のごく一部の集団だけが完全に初期化されるかについては依然として不明である。 More recently, several groups have identified that the p53-mediated tumor suppressor pathway can antagonize iPSC induction. Both p53 and its downstream effector p21 are induced during the reprogramming process and reduced expression of both proteins can promote iPSC colony formation. Although these proteins are up-regulated in most cells expressing four reprogramming factors (4F), cMyc has been reported to block p21 expression, but the differences between these four factors (4F) It is still unclear how in situ expression overcomes the cellular response to oncogene / transgene overexpression and why only a small population of cells is fully reprogrammed.
マイクロRNA(MicoRNA)は、RNA誘導サイレンシング複合体(RISC)と呼ばれるタンパク質複合体と関係がある18〜24ヌクレオチドの一本鎖低分子RNAである。これらの低分子RNAは、通常遺伝子転写物の非コード領域から生成され、翻訳抑制により遺伝子発現を抑制する働きをする。近年、マイクロRNAは多くの異なる重要なプロセス(多数ある中で、ヒトES細胞の自己複製遺伝子発現、胚性幹(ES)細胞の細胞周期制御、選択的スプライシング、心臓発生など)への関与が見出された。さらに、ES細胞特異的マイクロRNAは、マウスiPSC誘導を増強し、初期化中にcMycの機能に取って代わることができることが最近報告された。またhES特異的miR−302は、ヒト繊維芽細胞における4種の因子の発現により老化応答軽減することも示唆されている。しかしながら、これらのマイクロRNAは初期化プロセスの極めて終わりに近い段階まで発現されないため、マイクロRNAがiPSC誘導において重要な役割を果たすかどうかはこれまで分かっていなかった。 MicroRNA (MicoRNA) is a single-stranded small RNA of 18-24 nucleotides that is associated with a protein complex called RNA-induced silencing complex (RISC). These small RNAs are usually generated from non-coding regions of gene transcripts and function to suppress gene expression by suppressing translation. In recent years, microRNAs have been implicated in many different important processes, including self-replicating gene expression of human ES cells, cell cycle control of embryonic stem (ES) cells, alternative splicing, and cardiac development. It was found. Furthermore, it has recently been reported that ES cell-specific microRNAs enhance mouse iPSC induction and can replace the function of cMyc during reprogramming. It has also been suggested that hES-specific miR-302 reduces the aging response by expressing four factors in human fibroblasts. However, since these microRNAs are not expressed until very near the end of the reprogramming process, it has not been known so far whether microRNAs play an important role in iPSC induction.
本発明は、iPSC誘導中にマイクロRNAが必要とされるという重大な発見に基づくものである。マイクロRNA生合成機構へ干渉により初期化効率の著しい低下がもたらされる。初期化の初期段階中に高度に誘導されるマイクロRNAクラスターが確認され、機能試験では、そのようなマイクロRNAを体細胞に導入することにより誘導効率が高まることが示されている。加えて、細胞の初期化に使用される重要なレギュレーターも確認されたが、それらのレギュレーターを標的として、初期化効率ならびにiPS細胞の直接分化を著しく増加させ得ることが有利である。 The present invention is based on the critical discovery that microRNAs are required during iPSC induction. Interference with the microRNA biosynthetic mechanism results in a significant reduction in reprogramming efficiency. Highly induced microRNA clusters have been identified during the initial stages of reprogramming, and functional tests have shown that induction efficiency is increased by introducing such microRNAs into somatic cells. In addition, important regulators used for cell reprogramming have also been identified, but it is advantageous to target these regulators to significantly increase reprogramming efficiency as well as direct differentiation of iPS cells.
よって、一実施形態では、本発明は、iPS細胞を生成する方法を提供する。その方法は、体細胞を核初期化因子と接触させること、およびその細胞を、その細胞でRNAレベルまたは活性を変更するマイクロRNAと接触させ、それによってiPS細胞を生成することを含む。一態様では、マイクロRNAまたはRNAが修飾される。別の態様では、マイクロRNAはベクター中に存在する。別の態様では、マイクロRNAは、miR−17、miR−25、miR−106a、miR let−7ファミリーメンバー(例えば、let−7a、miR 98)またはmiR−302bクラスター中に存在する。別の態様では、マイクロRNAは、miR−93、miR−106b、miR−21、miR−29a、またはそれらの組合せである。 Thus, in one embodiment, the present invention provides a method for generating iPS cells. The method includes contacting a somatic cell with a nuclear reprogramming factor and contacting the cell with a microRNA that alters RNA levels or activity in the cell, thereby generating an iPS cell. In one aspect, the microRNA or RNA is modified. In another aspect, the microRNA is present in a vector. In another aspect, the microRNA is present in a miR-17, miR-25, miR-106a, miR let-7 family member (eg, let-7a, miR 98) or a miR-302b cluster. In another aspect, the microRNA is miR-93, miR-106b, miR-21, miR-29a, or a combination thereof.
一態様では、マイクロRNAは、配列番号1を含むポリヌクレオチド配列を有する。別の態様では、マイクロRNAは、配列番号2〜11からなる群から選択されるポリヌクレオチド配列を有する。別の態様では、マイクロRNAは、p21、Tgfbr2、p53、またはそれらの組合せの発現または活性を調節する。別の態様では、マイクロRNAは、Spry 1/2、p85、CDC42またはERK1/2の経路を調節する。
In one aspect, the microRNA has a polynucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1. In another aspect, the microRNA has a polynucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2-11. In another aspect, the microRNA modulates the expression or activity of p21, Tgfbr2, p53, or a combination thereof. In another aspect, the microRNA modulates the
一態様では、核初期化因子は、ベクター中に含まれる遺伝子によりコードされる。別の態様では、核初期化因子は、SOXファミリー遺伝子、KLFファミリー遺伝子、MYCファミリー遺伝子、SALL4、OCT4、NANOG、LIN28、またはそれらの組合せである。別の態様では、核初期化因子は、OCT4、SOX2、KLF4、C−MYCの1種以上である。別の態様では、核初期化因子はc−Mycを含む。別の態様では、誘導効率は、マイクロRNAを使用しない場合と比べて少なくとも2倍となる。 In one aspect, the nuclear reprogramming factor is encoded by a gene contained in a vector. In another aspect, the nuclear reprogramming factor is a SOX family gene, a KLF family gene, a MYC family gene, SALL4, OCT4, NANOG, LIN28, or combinations thereof. In another aspect, the nuclear reprogramming factor is one or more of OCT4, SOX2, KLF4, C-MYC. In another aspect, the nuclear reprogramming factor comprises c-Myc. In another aspect, the induction efficiency is at least twice as compared to when no microRNA is used.
一態様では、マイクロRNAとの接触前に、接触と同時にまたは接触後に、体細胞に初期化因子を接触させる。別の態様では、体細胞は哺乳類細胞である。さらなる態様では、体細胞はヒト細胞またはマウス細胞である。 In one aspect, the reprogramming factor is contacted with the somatic cell prior to, simultaneously with, or after contact with the microRNA. In another aspect, the somatic cell is a mammalian cell. In a further aspect, the somatic cell is a human cell or a mouse cell.
別の実施形態では、本発明は、体細胞を核初期化因子と、p21発現または活性の阻害剤とに接触させることによりiPS細胞を生成する方法を提供する。 In another embodiment, the present invention provides a method of generating iPS cells by contacting somatic cells with a nuclear reprogramming factor and an inhibitor of p21 expression or activity.
別の実施形態では、本発明は、体細胞を、その細胞内でRNAレベルまたは活性を変更する作用物質と接触させ(ここで、該作用物質は該体細胞中で多能性を誘導し、ただし、該作用物質は核初期化因子ではない)、それによってiPS細胞を生成することにより誘導多能性幹(iPS)細胞を生成する方法を提供する。様々な実施形態では、RNAは非コードRNA(ncRNA)であり、マイクロRNAが含まれる。 In another embodiment, the invention contacts a somatic cell with an agent that alters RNA levels or activity within the cell, wherein the agent induces pluripotency in the somatic cell, However, the agent is not a nuclear reprogramming factor), thereby providing a method of generating induced pluripotent stem (iPS) cells by generating iPS cells. In various embodiments, the RNA is non-coding RNA (ncRNA) and includes microRNA.
上に記載した方法の一態様では、作用物質はポリヌクレオチド、ポリペプチドまたは小分子である。さらなる態様では、ポリヌクレオチドはアンチセンスオリゴヌクレオチド、化学修飾されたオリゴヌクレオチド、ロックド核酸(LNA)またはDNAである。別の態様では、ポリヌクレオチドはRNAである。さらなる態様では、RNAは、マイクロRNA、dsRNA、siRNA、stRNAまたはshRNAからなる群から選択される。別の態様では、体細胞はマウス胚性繊維芽細胞(MEF)である。 In one embodiment of the method described above, the agent is a polynucleotide, polypeptide or small molecule. In a further aspect, the polynucleotide is an antisense oligonucleotide, a chemically modified oligonucleotide, a locked nucleic acid (LNA) or DNA. In another aspect, the polynucleotide is RNA. In a further aspect, the RNA is selected from the group consisting of microRNA, dsRNA, siRNA, stRNA or shRNA. In another aspect, the somatic cell is a mouse embryonic fibroblast (MEF).
様々な態様では、RNAを変更する作用物質は、p21、Tgfbr2、p53、またはそれらの組合せを、発現または活性について阻害することができる。一態様では、作用物質はポリヌクレオチド、ポリペプチドまたは小分子であってよい。別の態様では、作用物質またはp21、Tgfbr2および/またはp53の阻害剤はRNA分子であり、マイクロRNA、dsRNA、siRNA、stRNAまたはshRNA、またはアンチセンスオリゴヌクレオチドが含まれる。例示的態様では、作用物質またはp21、Tgfbr2および/またはp53の阻害剤は、マイクロRNA分子であり、前記細胞に導入された組換えベクター中に含まれるポリヌクレオチドによりコードされる。 In various aspects, an agent that alters RNA can inhibit p21, Tgfbr2, p53, or a combination thereof for expression or activity. In one aspect, the agent may be a polynucleotide, polypeptide or small molecule. In another aspect, the agent or inhibitor of p21, Tgfbr2 and / or p53 is an RNA molecule and includes microRNA, dsRNA, siRNA, stRNA or shRNA, or an antisense oligonucleotide. In an exemplary embodiment, the agent or inhibitor of p21, Tgfbr2 and / or p53 is a microRNA molecule and is encoded by a polynucleotide contained in a recombinant vector introduced into the cell.
様々な態様では、マイクロRNAは、iPSCの誘導またはその分化中に活性または発現の増加または減少を示すクラスター中に含まれるマイクロRNAであってよい。一態様では、誘導効率は、作用物質を使用しない場合と比べて少なくとも2倍となる。別の態様では、誘導効率は、作用物質を使用しない場合と比べて少なくとも3倍である。別の態様では、誘導効率は、作用物質を使用しない場合と比べて少なくとも5倍である。一態様では、マイクロRNAは、miR−17、miR−25、miR−106aまたはmiR−302bクラスター中の1種以上のマイクロRNAであってよく、miR−93、miR−106b、miR−21、miR−29a、miR−let−7ファミリーメンバー(例えば、let−7a;miR 98)またはそれらの組合せが含まれる。関連態様では、マイクロRNAは、miR−17、miR−25、miR−106aおよびmiR−302bクラスター中のマイクロRNA種に対応する様々なマイクロRNA(例えば、配列番号2〜11のもの)の間で保存されると判明している、配列番号1を含むポリヌクレオチド配列を有する。一態様では、マイクロRNAは、配列番号2〜11からなる群から選択されるポリヌクレオチド配列を有する。 In various aspects, the microRNA may be a microRNA contained in a cluster that exhibits increased or decreased activity or expression during induction or differentiation of iPSCs. In one aspect, the induction efficiency is at least twice as compared to when no agent is used. In another aspect, the induction efficiency is at least 3 times that when no agent is used. In another aspect, the induction efficiency is at least 5 times that when no agent is used. In one aspect, the microRNA may be one or more microRNAs in a miR-17, miR-25, miR-106a or miR-302b cluster, miR-93, miR-106b, miR-21, miR. -29a, miR-let-7 family members (eg, let-7a; miR 98) or combinations thereof are included. In a related aspect, the microRNA is between various microRNAs (eg, those of SEQ ID NOs: 2-11) corresponding to the microRNA species in the miR-17, miR-25, miR-106a and miR-302b clusters. It has a polynucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1, which has been found to be conserved. In one aspect, the microRNA has a polynucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 2-11.
様々な態様では、核初期化因子は、前記細胞に導入された組換えベクター中に含まれる遺伝子によりコードされる。別の態様では、作用物質は、p21、Tgfbr2、p53、またはそれらの組合せの発現または活性を阻害する。別の態様では、作用物質は、Spry 1/2、p85、CDC42またはERK1/2の経路を調節する。
In various embodiments, the nuclear reprogramming factor is encoded by a gene contained in a recombinant vector introduced into the cell. In another aspect, the agent inhibits expression or activity of p21, Tgfbr2, p53, or a combination thereof. In another aspect, the agent modulates the
様々な態様では、核初期化因子は、SOXファミリー遺伝子、KLFファミリー遺伝子、MYCファミリー遺伝子、SALL4、OCT4、NANOG、LIN28、またはそれらの組合せの1種以上によりコードされる。例示的態様では、核初期化因子は、OCT4、SOX2、KLF4、C−MYCの1種以上である。別の態様では、少なくとも1種の核初期化因子がc−Mycを含む。さらなる態様では、c−Mycは、少なくとも1つのmiRNAを抑制することにより初期化を少なくともある程度まで促進する。 In various aspects, the nuclear reprogramming factor is encoded by one or more of a SOX family gene, a KLF family gene, a MYC family gene, SALL4, OCT4, NANOG, LIN28, or combinations thereof. In an exemplary embodiment, the nuclear reprogramming factor is one or more of OCT4, SOX2, KLF4, C-MYC. In another aspect, the at least one nuclear reprogramming factor comprises c-Myc. In a further aspect, c-Myc promotes reprogramming to at least some extent by inhibiting at least one miRNA.
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載した方法を用いて生産されたiPS細胞またはそのような細胞の集団を提供する。別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載した方法により生産された誘導多能性幹(iPS)細胞の濃縮された集団を提供する。 In another embodiment, the present invention provides iPS cells or a population of such cells produced using the methods described herein. In another embodiment, the present invention provides an enriched population of induced pluripotent stem (iPS) cells produced by the methods described herein.
同様に、別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載した方法を用いて生成されたiPSCの分化を誘導することにより得られた分化した細胞を提供する。一態様では、体細胞はiPSCをRNA分子またはアンチセンスオリゴヌクレオチドと接触させることによって分化を誘導することにより得られる。一態様では、RNA分子は、マイクロRNA、dsRNA、siRNA、stRNAまたはshRNAからなる群から選択される。 Similarly, in another embodiment, the present invention provides differentiated cells obtained by inducing differentiation of iPSCs generated using the methods described herein. In one aspect, somatic cells are obtained by inducing differentiation by contacting iPSCs with RNA molecules or antisense oligonucleotides. In one aspect, the RNA molecule is selected from the group consisting of microRNA, dsRNA, siRNA, stRNA or shRNA.
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載した方法を用いて生成されたiPS細胞を用いて対象を治療する方法を提供する。その方法は、本明細書に記載した方法を用いて対象の体細胞を誘導多能性幹(iPS)細胞に誘導すること、そのiPS細胞の分化を誘導すること、およびその分化した細胞をその対象に導入し、それによってその症状を治療することを含む。 In another embodiment, the present invention provides a method of treating a subject using iPS cells generated using the methods described herein. The method includes inducing a somatic cell of interest into induced pluripotent stem (iPS) cells using the methods described herein, inducing differentiation of the iPS cells, and Introducing into a subject and thereby treating the condition.
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載した方法により生成されたiPS細胞またはそれから得られた体細胞を用いて作用物質の生理学的機能を評価するための方法を提供する。一態様では、その方法は、本明細書に記載した方法を用いて生産された誘導多能性幹(iPS)細胞を処理することおよびその作用物質による少なくとも1つの細胞機能の変化を評価することを含む。別の態様では、その方法は、本明細書に記載した多能性幹細胞の分化を誘導することにより得られた分化した細胞を作用物質により処理することおよびその作用物質による細胞機能の変化を評価することを含む。 In another embodiment, the present invention provides a method for assessing the physiological function of an agent using iPS cells generated by the methods described herein or somatic cells derived therefrom. In one aspect, the method treats induced pluripotent stem (iPS) cells produced using the methods described herein and evaluates at least one change in cell function by the agent. including. In another aspect, the method treats differentiated cells obtained by inducing differentiation of the pluripotent stem cells described herein with an agent and assesses changes in cell function by the agent. Including doing.
別の実施形態では、本発明は、本明細書に記載した方法により生成されたiPS細胞またはそれから得られた体細胞を用いて化合物の毒性を評価する方法を提供する。一態様では、その方法は、本明細書に記載した方法を用いて生産された誘導多能性幹(iPS)細胞を化合物により処理することおよびその化合物の毒性を評価することを含む。別の態様では、その方法は、本明細書に記載した多能性幹細胞の分化を誘導することにより得られた分化した細胞を化合物により処理することおよびその化合物の毒性を評価することを含む。 In another embodiment, the present invention provides a method of assessing compound toxicity using iPS cells produced by the methods described herein or somatic cells derived therefrom. In one aspect, the method includes treating induced pluripotent stem (iPS) cells produced using the methods described herein with the compound and assessing the toxicity of the compound. In another aspect, the method comprises treating differentiated cells obtained by inducing differentiation of the pluripotent stem cells described herein with a compound and assessing the toxicity of the compound.
別の実施形態では、本発明は、誘導多能性幹(iPS)細胞を生成する方法を提供する。その方法は、体細胞を少なくとも1種の核初期化因子と接触させること;およびその細胞をp21、Tgfbr2、p53、またはそれらの組合せの発現または活性についての阻害剤と接触させることを含む。一態様では、阻害剤はp21の発現および/または活性を阻害する。別の態様では、阻害剤はTgfbr2の発現および/または活性を阻害する。別の態様では、阻害剤はp53の発現および/または活性を阻害する。 In another embodiment, the present invention provides a method of generating induced pluripotent stem (iPS) cells. The method includes contacting the somatic cell with at least one nuclear reprogramming factor; and contacting the cell with an inhibitor of expression or activity of p21, Tgfbr2, p53, or a combination thereof. In one aspect, the inhibitor inhibits p21 expression and / or activity. In another aspect, the inhibitor inhibits Tgfbr2 expression and / or activity. In another aspect, the inhibitor inhibits p53 expression and / or activity.
別の実施形態では、本発明は、誘導多能性幹(iPS)細胞を生成する方法を提供する。その方法は、体細胞を、その細胞内でRNAレベルまたは活性を変更する作用物質と接触させ(ここで、該作用物質は該体細胞中で多能性を誘導し、ただし、該作用物質は核初期化因子ではない)、それによってiPS細胞を生成することを含む。 In another embodiment, the present invention provides a method of generating induced pluripotent stem (iPS) cells. The method involves contacting a somatic cell with an agent that alters RNA levels or activity within the cell, where the agent induces pluripotency in the somatic cell, provided that the agent is Not nuclear reprogramming factors), thereby generating iPS cells.
別の実施形態では、本発明は、対象を治療する方法を提供する。その方法は、本明細書に記載した方法により対象の体細胞から誘導多能性幹(iPS)細胞を生成すること;そのiPS細胞の分化を誘導すること;およびその細胞をその対象に導入し、それによってその症状を治療することを含む。 In another embodiment, the present invention provides a method of treating a subject. The method includes generating induced pluripotent stem (iPS) cells from a subject's somatic cells according to the methods described herein; inducing differentiation of the iPS cells; and introducing the cells into the subject. , Thereby treating the symptoms.
別の実施形態では、本発明は、iPS細胞の生成効率を高めるためのマイクロRNAの使用を提供する。一態様では、マイクロRNAは、miR−17、miR−25、miR−93、miR−106a、miR−106b、miR−21、miR−29a、miR−302bクラスター、またはそれらの組合せからなる群から選択される。別の態様では、マイクロRNAは、miR−17、miR−25、miR−106aまたはmiR−302bクラスター中に存在する。別の態様では、マイクロRNAは、miR−93、miR−106b、miR−21、miR−29a、またはそれらの組合せである。 In another embodiment, the present invention provides the use of microRNA to increase iPS cell production efficiency. In one aspect, the microRNA is selected from the group consisting of miR-17, miR-25, miR-93, miR-106a, miR-106b, miR-21, miR-29a, miR-302b cluster, or combinations thereof. Is done. In another aspect, the microRNA is present in a miR-17, miR-25, miR-106a or miR-302b cluster. In another aspect, the microRNA is miR-93, miR-106b, miR-21, miR-29a, or a combination thereof.
別の実施形態では、本発明は、miR−17、miR−25、miR−93、miR−106a、miR−106b、miR−21、miR−29a、miR−302bクラスター、miR let−7ファミリーメンバーまたはそれらの組合せからなる群から選択されるmiR配列の組合せを提供する。別の態様では、マイクロRNAは、miR−17、miR−25、miR−106aまたはmiR−302bクラスター中に存在する。別の態様では、マイクロRNAは、miR−93、miR−106b、miR−21、miR−29a、またはそれらの組合せである。 In another embodiment, the invention provides a miR-17, miR-25, miR-93, miR-106a, miR-106b, miR-21, miR-29a, miR-302b cluster, miR let-7 family member or Providing a combination of miR sequences selected from the group consisting of those combinations. In another aspect, the microRNA is present in a miR-17, miR-25, miR-106a or miR-302b cluster. In another aspect, the microRNA is miR-93, miR-106b, miR-21, miR-29a, or a combination thereof.
本発明は、iPSC誘導に関与する重要な調節機構の発見に基づくものである。重要な態様は、iPSCの誘導に関する細胞マイクロRNA間の関連性の発見である。これは、重要なマイクロRNA経路タンパク質のノックダウンによるマイクロRNA生合成機構への干渉により初期化効率の著しい低下がもたらされ得るという観察結果から明らかである。特に、初期化の初期段階中に高度に誘導される、少なくとも3種のマイクロRNAクラスターが明らかとなっている、miR−17〜92、106b〜25および106a〜363。非常に類似したシード領域を有するいくつかのマイクロRNA(miR−93およびmiR−106bなど)は、p21発現をターゲッティングすることによりiPSC誘導を大幅に増強し、得られたクローンを完全初期化状態に到達させ得る。 The present invention is based on the discovery of important regulatory mechanisms involved in iPSC induction. An important aspect is the discovery of the association between cellular microRNAs with respect to iPSC induction. This is evident from observations that knockdown of important microRNA pathway proteins can lead to a significant decrease in reprogramming efficiency due to interference with the microRNA biosynthesis mechanism. In particular, miR-17-92, 106b-25 and 106a-363 have been revealed, which are at least three types of microRNA clusters that are highly induced during the early stages of reprogramming. Some microRNAs with very similar seed regions (such as miR-93 and miR-106b) greatly enhanced iPSC induction by targeting p21 expression and put the resulting clones into fully reprogrammed state Can be reached.
本発明によれば、マイクロRNAはiPSC誘導において直接働くことができ、マイクロRNA生合成機構への干渉により初期化効率が著しく低下することとなる。本発明は、初期化の初期段階中に高度に誘導される3種のマイクロRNAクラスター、miR−17〜92、miR−106b〜25およびmiR−106a〜363を提供する。機能解析では、これらのマイクロRNAをMEFに導入することによりOct4−GFP+iPSCコロニー形成が促進されることが示された。また、本発明によれば、Tgfbr2およびp21(これらは両方とも初期化を阻害する)はこれらのマイクロRNAにより直接ターゲッティングされ、それらの活性の遮断により初期化効率が著しく低下することとなる。本発明によれば、miR−93およびmiR−106bは初期化活性の重要なレギュレーターであることが提案される。 According to the present invention, microRNA can directly work in iPSC induction, and the initialization efficiency is significantly reduced due to interference with the microRNA biosynthesis mechanism. The present invention provides three microRNA clusters, miR-17-92, miR-106b-25 and miR-106a-363, which are highly induced during the early stages of reprogramming. Functional analysis showed that Oct4-GFP + iPSC colony formation was promoted by introducing these microRNAs into MEF. In addition, according to the present invention, Tgfbr2 and p21 (both of which inhibit reprogramming) are directly targeted by these microRNAs, and blocking their activity results in a significant decrease in reprogramming efficiency. According to the present invention, it is proposed that miR-93 and miR-106b are important regulators of reprogramming activity.
本組成物および方法を記載する前に、記載する特定の組成物、方法および実験条件は変化し得ることから本発明はそのような組成物、方法および条件に限定されないことを理解すべきである。また、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるため、本明細書において用いられる用語は特定の実施形態を記載することを目的とするものにすぎず、限定するものではないことも理解すべきである。 Before describing the present compositions and methods, it is to be understood that the invention is not limited to such compositions, methods and conditions, as the particular compositions, methods and experimental conditions described may vary. . Also, since the scope of the present invention is limited only by the appended claims, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting. It should also be understood.
本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、単数形「a」、「an」および「the」は、特に明示されない限り、複数の参照語を包含する。従って、例えば、「方法」について述べる場合は、1以上の方法および/または、この開示内容などを読むことによって当業者には明らかとなるであろう、本明細書に記載した種類の工程も包含する。 As used herein and in the appended claims, the singular forms “a”, “an”, and “the” include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to “a method” includes one or more methods and / or steps of the type described herein that would be apparent to one of ordinary skill in the art upon reading this disclosure and the like. To do.
特に定義されない限り、本明細書において用いられる全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の通常の技術を有する人に一般に理解されている意味と同じ意味を有する。本発明の実施または試験において、本明細書に記載したものと類似または同等の方法および材料を使用することができるが、好ましい方法および材料を次に記載する。 Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present invention, the preferred methods and materials are now described.
本明細書において論じるように、マイクロRNAが初期化プロセスおよびiPSC誘導効率に関与するという発見によって、それらの細胞中のこれらのマイクロRNAのレベルを操作することによりiPSC誘導効率を大幅に高める能力に至っている。よって、本発明は、既知方法と比べて誘導効率が改善されたiPS細胞生成方法を提供する。その方法は、体細胞を核初期化因子と、その細胞内でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質とに接触させること(ただし、該作用物質は核初期化因子ではない)、それによってiPS細胞を生成することを含む。 As discussed herein, the discovery that microRNAs are involved in the reprogramming process and iPSC induction efficiency allows the ability to significantly increase iPSC induction efficiency by manipulating the levels of these microRNAs in their cells Has reached. Thus, the present invention provides an iPS cell generation method with improved induction efficiency compared to known methods. The method involves contacting a somatic cell with a nuclear reprogramming factor and an agent that alters microRNA levels or activity within the cell (but the agent is not a nuclear reprogramming factor), whereby iPS Generating cells.
本発明はまた、初期化プロセスおよびiPSC誘導効率に直接関与する調節タンパク質の発見にも基づく。そのような1つのタンパク質はp21(165アミノ酸しか含まない低分子タンパク質)であり、このタンパク質は、p53依存性G1増殖停止を引き起こし分化および細胞老化を促進することにより癌発生中の腫瘍抑制遺伝子として長年にわたり知られていた。iPSC誘導中のマイクロRNAによるp21発現阻害はこの点で誘導効率を高めることが証明された。よって、1つの実施形態では、本発明は、体細胞を核初期化因子と、p21発現または活性の阻害剤とに接触させることによるiPS細胞生成方法を提供する。 The present invention is also based on the discovery of regulatory proteins that are directly involved in the reprogramming process and iPSC induction efficiency. One such protein is p21 (a small protein containing only 165 amino acids), which is a tumor suppressor gene during cancer development by causing p53-dependent G1 growth arrest and promoting differentiation and cellular senescence. It has been known for many years. Inhibition of p21 expression by microRNA during iPSC induction proved to increase induction efficiency in this respect. Thus, in one embodiment, the present invention provides a method of generating iPS cells by contacting somatic cells with a nuclear reprogramming factor and an inhibitor of p21 expression or activity.
iPSC生成へのRNAの調節関与を前提として、核初期化因子以外の、RNAレベルを調節する作用物質を用いて誘導が起こり得ると考えられる。よって、本発明は、体細胞を、その細胞内でRNAレベルまたは活性を変更する作用物質と接触させ(ここで、該作用物質は該体細胞中で多能性を誘導し、ただし、該作用物質は核初期化因子ではない)、それによってiPS細胞を生成することにより誘導多能性幹(iPS)細胞を生成する方法を提供する。様々な実施形態では、RNAは非コードRNA(ncRNA)、例えば、マイクロRNAなどである。 Given the involvement of RNA regulation in iPSC production, it is believed that induction can occur using agents that regulate RNA levels other than nuclear reprogramming factors. Thus, the present invention contacts somatic cells with an agent that alters RNA levels or activity within the cell (wherein the agent induces pluripotency in the somatic cell, provided that the The substance is not a nuclear reprogramming factor), thereby providing a method of generating induced pluripotent stem (iPS) cells by generating iPS cells. In various embodiments, the RNA is non-coding RNA (ncRNA), such as microRNA.
様々な実施形態では、1種以上の核初期化因子を用いて、卵子、胚またはES細胞を使用せずに分化した細胞の初期化を誘導することができる。誘導プロセスの効率は、誘導プロセス中にその細胞内でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質を利用することにより高められる。その方法を用いて、ES細胞と類似した多能性と増殖能を有する誘導多能性幹細胞を便宜にかつ高度に再現性良く樹立し得る。例えば、核初期化因子は、RNA分子(マイクロRNAなど)をコードするポリヌクレオチドを含む組換えベクターとともに、核初期化因子をコードする遺伝子を含む組換えベクターを細胞に形質導入することにより、細胞に導入され得る。よって、その細胞は、組換えベクター中に含まれる遺伝子の産物として発現される核初期化因子を発現することができ、同様に組換えベクター中に含まれるポリヌクレオチドの産物として発現されるマイクロRNAを発現し、それによって核初期化因子だけを使用する場合と比べて高い効率(割合)で分化した細胞の初期化を誘導する。 In various embodiments, one or more nuclear reprogramming factors can be used to induce reprogramming of differentiated cells without the use of eggs, embryos or ES cells. The efficiency of the induction process is increased by utilizing agents that alter microRNA levels or activity within the cell during the induction process. Using this method, induced pluripotent stem cells having pluripotency and proliferation ability similar to those of ES cells can be established conveniently and highly reproducibly. For example, a nuclear reprogramming factor is obtained by transducing a cell with a recombinant vector containing a gene encoding a nuclear reprogramming factor together with a recombinant vector containing a polynucleotide encoding an RNA molecule (such as microRNA). Can be introduced. Thus, the cell can express a nuclear reprogramming factor that is expressed as a product of a gene contained in the recombinant vector, as well as a microRNA that is expressed as a product of the polynucleotide contained in the recombinant vector. Thereby inducing reprogramming of differentiated cells with higher efficiency (ratio) compared to using only nuclear reprogramming factors.
本明細書において用いられるように、多能性細胞とは、in vitroで長期間(1年より長い期間)分裂する可能性があり、内胚葉、中胚葉および外胚葉を含む3つの胚葉全てから得られる細胞に分化する独特の能力を有する細胞を包含する。 As used herein, pluripotent cells are those that can divide for a long time (longer than 1 year) in vitro and are derived from all three germ layers including endoderm, mesoderm and ectoderm. Includes cells that have the unique ability to differentiate into the resulting cells.
本発明で用いる体細胞は初代細胞または不死化細胞であってよい。そのような細胞は、初代細胞(非不死化細胞)(動物から新たに単離したものなど)であってよく、または細胞株(不死化細胞)から得てもよい。例示的態様では、体細胞は、例えば、ヒト細胞またはマウス細胞などの哺乳類細胞である。体細胞は、周知の方法により、種々の器官(限定されるものではないが、皮膚、肺、膵臓、肝臓、胃、腸、心臓、生殖器、膀胱、腎臓、尿道および他の泌尿器など)から、または一般的には生存体細胞を含有する任意の器官または組織から得てもよい。本発明において有用な哺乳類体細胞には、例として、成体幹細胞、セルトリ細胞、内皮細胞、顆粒膜上皮細胞、ニューロン、膵島細胞、表皮細胞、上皮細胞、肝細胞、毛包細胞、ケラチノサイト、造血細胞、メラノサイト、軟骨細胞、リンパ球(Bリンパ球およびTリンパ球)、赤血球、マクロファージ、単球、単核細胞、繊維芽細胞、心筋細胞、他の公知の筋肉細胞、一般的には任意の生存体細胞が挙げられる。特定の実施形態では、繊維芽細胞が用いられる。本明細書において用いられる体細胞という用語はまた、成体幹細胞を含むようにも意図されている。成体幹細胞は、特定組織のあらゆる細胞種を生じさせることが可能な細胞である。成体幹細胞の例としては、造血幹細胞、神経幹細胞および間葉系幹細胞が挙げられる。 Somatic cells used in the present invention may be primary cells or immortalized cells. Such cells may be primary cells (non-immortalized cells) (such as freshly isolated from an animal) or may be obtained from cell lines (immortalized cells). In an exemplary embodiment, the somatic cell is a mammalian cell such as, for example, a human cell or a mouse cell. Somatic cells can be obtained from various organs (such as, but not limited to, skin, lung, pancreas, liver, stomach, intestine, heart, genitals, bladder, kidney, urethra and other urinary organs) by well-known methods. Or, in general, it may be obtained from any organ or tissue containing viable somatic cells. Examples of mammalian somatic cells useful in the present invention include adult stem cells, Sertoli cells, endothelial cells, granulosa epithelial cells, neurons, islet cells, epidermal cells, epithelial cells, hepatocytes, hair follicle cells, keratinocytes, hematopoietic cells. , Melanocytes, chondrocytes, lymphocytes (B lymphocytes and T lymphocytes), erythrocytes, macrophages, monocytes, mononuclear cells, fibroblasts, cardiomyocytes, other known muscle cells, generally any survival Examples include somatic cells. In certain embodiments, fibroblasts are used. As used herein, the term somatic cell is also intended to include adult stem cells. Adult stem cells are cells that can give rise to any cell type of a particular tissue. Examples of adult stem cells include hematopoietic stem cells, neural stem cells and mesenchymal stem cells.
本明細書において用いられるように、初期化とは、一部分化したまたは最終分化した体細胞の分化状態を変更するまたは後退させるプロセスを指すよう意図されている。体細胞の初期化は、体細胞の分化状態の一部後退または完全後退であってよい。例示的態様では、初期化は完全なものであり、この場合、体細胞は誘導多能性幹細胞に初期化される。しかしながら、初期化は、一部であってもよい(低分化状態への後退など)。例えば、最終分化した細胞の低分化状態の細胞(多分化性細胞など)への後退。 As used herein, reprogramming is intended to refer to a process that alters or reverses the differentiation state of partially or terminally differentiated somatic cells. Somatic cell reprogramming may be a partial or complete regression of the somatic differentiation state. In an exemplary embodiment, reprogramming is complete, in which case somatic cells are reprogrammed to induced pluripotent stem cells. However, initialization may be partial (such as retreating to a poorly differentiated state). For example, retreat of terminally differentiated cells to poorly differentiated cells (such as multipotent cells).
本発明の様々な態様では、核初期化因子は、多能性を誘導する遺伝子であり、分化した細胞または半分化した細胞を、最初の細胞より原始的な表現型(多能性幹細胞の表現型など)に初期化するために利用される。そのような遺伝子は、細胞中でマイクロRNAレベルまたは活性を変更するおよび/またはp21の発現または活性を阻害して誘導効率を高める作用物質とともに利用される。そのような遺伝子および作用物質は、体細胞のゲノムに組み込まれた1種以上の該遺伝子の発現により、体細胞からの多能性幹細胞の生成が可能である。本明細書において用いられるように、多能性を誘導する遺伝子とは、多能性と関係がある遺伝子であって、該遺伝子の組込みおよび発現により体細胞からの低分化細胞(多能性幹細胞など)の生成が可能である遺伝子を指すよう意図されている。多能性遺伝子の発現は、典型的には多能性幹細胞に限定され、多能性幹細胞の機能的同一性に不可欠である。 In various aspects of the invention, the nuclear reprogramming factor is a gene that induces pluripotency, and differentiated cells or halved cells are expressed in a more primitive phenotype than the original cell (expression of pluripotent stem cells). Used to initialize the type). Such genes are utilized with agents that alter microRNA levels or activity in cells and / or inhibit p21 expression or activity to increase induction efficiency. Such genes and agents are capable of generating pluripotent stem cells from somatic cells by expression of one or more of the genes integrated into the somatic cell genome. As used herein, a gene that induces pluripotency is a gene that is related to pluripotency, and is a poorly differentiated cell from a somatic cell (pluripotent stem cell) by integration and expression of the gene. Etc.) is intended to refer to a gene capable of being generated. The expression of pluripotent genes is typically limited to pluripotent stem cells and is essential for the functional identity of pluripotent stem cells.
細胞中でマイクロRNAのレベルまたは活性を変更するまたはp21の発現または活性を阻害する作用物質には、様々な異なる種類の分子が含まれることは当業者ならば理解するであろう。本発明の方法のいずれかにおいて有用な作用物質は、あらゆる種類の分子、例えば、ポリヌクレオチド、ペプチド、ペプチドミメティック、ペプトイド(ビニローグペプトイド(vinylogous peptoids)など)、化学化合物(有機分子または小有機分子など)などであり得る。よって、一態様では、本発明の方法に用いる作用物質は、ポリヌクレオチド(アンチセンスオリゴヌクレオチドまたはRNA分子など)である。様々な態様では、作用物質は、ポリヌクレオチド(アンチセンスオリゴヌクレオチドまたはRNA分子(マイクロRNA、dsRNA、siRNA、stRNAおよびshRNAなど)など)であってよい。例示的な態様では、作用物質は、細胞に導入されるマイクロRNAであり、その導入の結果、その細胞中でマイクロRNAのレベルおよび活性が増加しかつ/またはp21が阻害される。 One skilled in the art will appreciate that agents that alter the level or activity of microRNA in cells or inhibit the expression or activity of p21 include a variety of different types of molecules. Agents useful in any of the methods of the present invention include all types of molecules such as polynucleotides, peptides, peptidomimetics, peptoids (such as vinylogous peptoids), chemical compounds (organic molecules or Small organic molecules, etc.). Thus, in one aspect, the agent used in the methods of the invention is a polynucleotide (such as an antisense oligonucleotide or RNA molecule). In various aspects, the agent may be a polynucleotide, such as an antisense oligonucleotide or an RNA molecule (such as microRNA, dsRNA, siRNA, stRNA and shRNA). In an exemplary embodiment, the agent is a microRNA that is introduced into a cell that results in an increase in the level and activity of microRNA and / or inhibition of p21 in the cell.
マイクロRNA(miRNA)は、遺伝子発現を調節する一本鎖RNA分子である。miRNAは、遺伝子によりコードされておりそのDNAから転写されるがmiRNAはタンパク質へ翻訳されない;その代わりに一次転写物(pri−miRNA)は各々、pre−miRNAと呼ばれる短いステムループ構造にプロセシングされ、最終的には機能性miRNAにプロセシングされる。成熟したmiRNA分子は1以上のメッセンジャーRNA(mRNA)分子と完全にまたは部分的に相補的であり、それらの主な機能は遺伝子発現をダウンレギュレートすることである。マイクロRNAは、独立した遺伝子によりコードされ得るが、また、様々な異なるRNA種(イントロン、mRNAの3'UTR、長い非コードRNA、snoRNAおよびトランスポゾンを含む)から(酵素Dicerによって)プロセシングを受け得る。本明細書において用いられるように、マイクロRNAとは、「ミミック」マイクロRNAも包含し、「ミミック」マイクロRNAは、それらの内因性対応物と同じまたは実質的に同じ機能を有する、細胞に外から導入されるマイクロRNAを意味するよう意図されている。よって、当業者ならば作用物質が外から導入されるRNAであってよいことを理解する上で、作用物質はまた、細胞中でマイクロRNAの発現を増加または減少させる化合物なども包含する。 MicroRNA (miRNA) is a single-stranded RNA molecule that regulates gene expression. miRNAs are encoded by genes and transcribed from their DNA, but miRNAs are not translated into proteins; instead, each primary transcript (pri-miRNA) is processed into a short stem-loop structure called pre-miRNA, Ultimately it is processed into functional miRNA. Mature miRNA molecules are fully or partially complementary to one or more messenger RNA (mRNA) molecules and their main function is to down-regulate gene expression. MicroRNAs can be encoded by independent genes, but can also be processed (by the enzyme Dicer) from a variety of different RNA species, including introns, 3'UTRs of mRNA, long non-coding RNAs, snoRNAs and transposons . As used herein, microRNA also encompasses “mimic” microRNAs, which are external to cells that have the same or substantially the same function as their endogenous counterparts. Is intended to mean a microRNA introduced from Thus, for those skilled in the art to understand that the agent may be RNA introduced from the outside, the agent also includes compounds that increase or decrease the expression of microRNA in the cell.
様々な態様では、マイクロRNAは、iPSCの誘導またはその分化中に活性または発現の増加または減少を示すクラスター中に含まれるマイクロRNAであってよい。一態様では、マイクロRNAは、miR−17、miR−25、miR−106aまたはmiR−302bクラスター中の1種以上のマイクロRNA(miR−93、miR−106b、またはそれらの任意の組合せなど)であってよい。miR−17〜92、miR−106b〜25およびmiR−106a〜363クラスターの誘導は、正確な初期化に重要であることが示されている。そのプロセス中にそのようなマイクロRNAは初期化障壁を低くするように思われるため、それらの細胞中のこれらのマイクロRNAのレベルを操作して、初期化効率を改善し得る。マイクロRNAは重要な調節分子であることが示されていることから、また、マイクロRNAを操作して、iPSCの分化を指示し得る。 In various aspects, the microRNA may be a microRNA contained in a cluster that exhibits increased or decreased activity or expression during induction or differentiation of iPSCs. In one aspect, the microRNA is one or more microRNAs in a miR-17, miR-25, miR-106a or miR-302b cluster (such as miR-93, miR-106b, or any combination thereof). It may be. Induction of miR-17-92, miR-106b-25 and miR-106a-363 clusters has been shown to be important for correct initialization. Since such microRNAs appear to lower the initialization barrier during the process, the level of these microRNAs in their cells can be manipulated to improve initialization efficiency. Since microRNAs have been shown to be important regulatory molecules, microRNAs can also be manipulated to direct iPSC differentiation.
3種のマイクロRNAクラスターは、iPSC誘導中に誘導されることがここで確認され、これらのクラスター内のいくつかのマイクロRNAは、同じヌクレオチドシード領域配列を有すると判明しており、それらは類似したmRNAをターゲッティングすることが示された。また、同じシード領域のヌクレオチド配列を共有するそのようなマイクロRNAはiPSC誘導を増強する一方で、p21発現を減少させることも判明している。よって、一態様では、マイクロRNAは、様々なマイクロRNA(例えば、配列番号2〜11のもの)の間で保存されると判明している、配列番号1を含むポリヌクレオチド配列、5'−AAGUGC−3'を有する。よって、関連態様では、マイクロRNAは、配列番号2〜11のいずれかのヌクレオチド配列を有する。 It is now confirmed that three microRNA clusters are induced during iPSC induction, and several microRNAs within these clusters have been found to have the same nucleotide seed region sequence, which are similar Targeted mRNA was shown to be targeted. It has also been found that such microRNA sharing the same seed region nucleotide sequence enhances iPSC induction while reducing p21 expression. Thus, in one aspect, the microRNA is a polynucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 1, 5′-AAUGGC, which has been found to be conserved among various microRNAs (eg, those of SEQ ID NOs: 2-11). -3 ′. Thus, in a related aspect, the microRNA has a nucleotide sequence of any of SEQ ID NOs: 2-11.
「低分子干渉RNA」および「siRNA」という用語はまた、様々な生物学的役割を果たす短鎖二本鎖RNA分子の種類である、短鎖干渉RNAまたはサイレンシングRNAを指すように、本明細書において用いられる。とりわけ、siRNAはRNA干渉(RNAi)経路に関与し、そこでsiRNAは特異的遺伝子の発現に干渉する。RNAi経路におけるそれらの役割に加え、siRNAはRNAi関連経路においても(例えば、抗ウイルス機構としてまたはゲノムのクロマチン構造形成において)作用する。 The terms “small interfering RNA” and “siRNA” are also used herein to refer to short interfering RNA or silencing RNA, a type of short double stranded RNA molecule that plays various biological roles. Used in writing. In particular, siRNA is involved in the RNA interference (RNAi) pathway, where siRNA interferes with the expression of specific genes. In addition to their role in the RNAi pathway, siRNAs also act in RNAi-related pathways (eg, as an antiviral mechanism or in the formation of genomic chromatin structures).
本発明のポリヌクレオチド(アンチセンスオリゴヌクレオチドおよびRNA分子など)は任意の好適な長さのものであってよい。例えば、遺伝子発現を調節するためにアンチセンスオリゴヌクレオチドまたはRNA分子を使用するにはどのような長さが好適であるかは当業者ならば理解するであろう。そのような分子は、典型的には、約5〜100ヌクレオチド長、5〜50ヌクレオチド長、5〜45ヌクレオチド長、5〜40ヌクレオチド長、5〜35ヌクレオチド長、5〜30ヌクレオチド長、5〜25ヌクレオチド長、5〜20ヌクレオチド長または10〜20ヌクレオチド長である。例えば、その分子は、約5ヌクレオチド長、10ヌクレオチド長、15ヌクレオチド長、16ヌクレオチド長、17ヌクレオチド長、18ヌクレオチド長、19ヌクレオチド長、20ヌクレオチド長、21ヌクレオチド長、22ヌクレオチド長、23ヌクレオチド長、24ヌクレオチド長、25ヌクレオチド長、26ヌクレオチド長、27ヌクレオチド長、28ヌクレオチド長、29ヌクレオチド長、30ヌクレオチド長、31ヌクレオチド長、32ヌクレオチド長、33ヌクレオチド長、34ヌクレオチド長、35ヌクレオチド長、40ヌクレオチド長、45ヌクレオチド長または50ヌクレオチド長であってよい。そのようなポリヌクレオチドは、少なくとも約15ヌクレオチド〜約120を超えるヌクレオチドを含んでよい(少なくとも約16ヌクレオチド、少なくとも約17ヌクレオチド、少なくとも約18ヌクレオチド、少なくとも約19ヌクレオチド、少なくとも約20ヌクレオチド、少なくとも約21ヌクレオチド、少なくとも約22ヌクレオチド、少なくとも約23ヌクレオチド、少なくとも約24ヌクレオチド、少なくとも約25ヌクレオチド、少なくとも約26ヌクレオチド、少なくとも約27ヌクレオチド、少なくとも約28ヌクレオチド、少なくとも約29ヌクレオチド、少なくとも約30ヌクレオチド、少なくとも約35ヌクレオチド、少なくとも約40ヌクレオチド、少なくとも約45ヌクレオチド、少なくとも約50ヌクレオチド、少なくとも約55ヌクレオチド、少なくとも約60ヌクレオチド、少なくとも約65ヌクレオチド、少なくとも約70ヌクレオチド、少なくとも約75ヌクレオチド、少なくとも約80ヌクレオチド、少なくとも約85ヌクレオチド、少なくとも約90ヌクレオチド、少なくとも約95ヌクレオチド、少なくとも約100ヌクレオチド、少なくとも約110ヌクレオチド、少なくとも約120ヌクレオチドまたは120を超えるヌクレオチドを含む)。 The polynucleotides of the present invention (such as antisense oligonucleotides and RNA molecules) may be of any suitable length. For example, one skilled in the art will understand what length is suitable for using an antisense oligonucleotide or RNA molecule to regulate gene expression. Such molecules typically have a length of about 5-100 nucleotides, 5-50 nucleotides, 5-45 nucleotides, 5-40 nucleotides, 5-35 nucleotides, 5-30 nucleotides, It is 25 nucleotides long, 5-20 nucleotides long or 10-20 nucleotides long. For example, the molecule is about 5 nucleotides long, 10 nucleotides long, 15 nucleotides long, 16 nucleotides long, 17 nucleotides long, 18 nucleotides long, 19 nucleotides long, 20 nucleotides long, 21 nucleotides long, 22 nucleotides long, 23 nucleotides long 24 nucleotide length, 25 nucleotide length, 26 nucleotide length, 27 nucleotide length, 28 nucleotide length, 29 nucleotide length, 30 nucleotide length, 31 nucleotide length, 32 nucleotide length, 33 nucleotide length, 34 nucleotide length, 35 nucleotide length, 40 It may be nucleotide length, 45 nucleotide length or 50 nucleotide length. Such polynucleotides may comprise at least about 15 nucleotides to more than about 120 nucleotides (at least about 16 nucleotides, at least about 17 nucleotides, at least about 18 nucleotides, at least about 19 nucleotides, at least about 20 nucleotides, at least about 21 nucleotides). Nucleotides, at least about 22 nucleotides, at least about 23 nucleotides, at least about 24 nucleotides, at least about 25 nucleotides, at least about 26 nucleotides, at least about 27 nucleotides, at least about 28 nucleotides, at least about 29 nucleotides, at least about 30 nucleotides, at least about 35 Nucleotides, at least about 40 nucleotides, at least about 45 nucleotides, at least about 50 nucleosides At least about 55 nucleotides, at least about 60 nucleotides, at least about 70 nucleotides, at least about 75 nucleotides, at least about 85 nucleotides, at least about 90 nucleotides, at least about 95 nucleotides, at least about 100 nucleotides Nucleotides, including at least about 110 nucleotides, at least about 120 nucleotides or more than 120 nucleotides).
「ポリヌクレオチド」または「ヌクレオチド配列」または「核酸分子」という用語は、ホスホジエステル結合によって相互に連結される2種以上のデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドの配列を意味するように、本明細書において広く用いられる。そのようなものとして、それらの用語は、RNAおよびDNA(遺伝子またはその部分、cDNA、合成ポリデオキシリボ核酸配列などであってよく、かつ一本鎖または二本鎖であってよい)、ならびにDNA/RNAハイブリッドを包含する。さらに、本明細書において用いられるそれらの用語は、細胞から単離され得る天然に存在する核酸分子、ならびに例えば、化学合成法によりまたは酵素法により(ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によるなど)調製され得る合成ポリヌクレオチドを包含する。例えば、組成物の異なる成分を区別するために、議論の便宜上異なる用語を用いているにすぎないことを認識すべきである。 The term “polynucleotide” or “nucleotide sequence” or “nucleic acid molecule” is used broadly herein to mean a sequence of two or more deoxyribonucleotides or ribonucleotides linked together by phosphodiester bonds. It is done. As such, the terms include RNA and DNA (which can be a gene or portion thereof, cDNA, synthetic polydeoxyribonucleic acid sequence, etc., and can be single-stranded or double-stranded), and DNA / Includes RNA hybrids. In addition, those terms used herein can be prepared from naturally occurring nucleic acid molecules that can be isolated from cells, as well as, for example, by chemical synthesis or by enzymatic methods (such as by polymerase chain reaction (PCR)). Includes synthetic polynucleotides. For example, it should be recognized that only different terms are used for discussion purposes to distinguish different components of the composition.
一般的に、ポリヌクレオチドを含むヌクレオチドは、天然に存在するデオキシリボヌクレオチド(2'−デオキシリボースと連結されたアデニン、シトシン、グアニンまたはチミンなど)またはリボヌクレオチド(リボースと連結されたアデニン、シトシン、グアニンまたはウラシルなど)である。しかしながら、使用に応じて、ポリヌクレオチドは、天然に存在しない合成ヌクレオチドまたは修飾された天然に存在するヌクレオチドを含むヌクレオチド類似体も含み得る。ヌクレオチド類似体は、当技術分野で周知であり、市販されており、そのようなヌクレオチド類似体を含有するポリヌクレオチドと同様である。ポリヌクレオチドのヌクレオチドを連結している共有結合は、一般的にはホスホジエステル結合である。しかしながら、ポリヌクレオチドを使用する目的に応じて、その共有結合は多数の他の結合のいずれかであってもよく、チオジエステル結合、ホスホロチオエート結合、ペプチド様結合または合成ポリヌクレオチドを生産するためのヌクレオチドの連結に有用な、当業者に公知の任意の他の結合が含まれる。 In general, nucleotides, including polynucleotides, are naturally occurring deoxyribonucleotides (such as adenine, cytosine, guanine or thymine linked to 2′-deoxyribose) or ribonucleotides (adenine, cytosine, guanine linked to ribose). Or uracil). However, depending on the use, the polynucleotide may also comprise nucleotide analogs comprising non-naturally occurring synthetic nucleotides or modified naturally occurring nucleotides. Nucleotide analogs are well known in the art and are commercially available, as are polynucleotides containing such nucleotide analogs. The covalent bond linking the nucleotides of the polynucleotide is generally a phosphodiester bond. However, depending on the purpose for which the polynucleotide is used, the covalent bond may be any of a number of other bonds, such as a thiodiester bond, a phosphorothioate bond, a peptide-like bond, or a nucleotide to produce a synthetic polynucleotide. Any other bond known to those of skill in the art useful for linking is included.
天然に存在するヌクレオチドおよびホスホジエステル結合を含むポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチドは、化学合成することができ、または鋳型として適当なポリヌクレオチドを用い、組換えDNA法を用いて生産することができる。それに対し、ヌクレオチド類似体またはホスホジエステル結合以外の共有結合を含むポリヌクレオチドは、一般的に化学合成されるが、T7ポリメラーゼなどの酵素によりある特定の種類のヌクレオチド類似体をポリヌクレオチドに組み込むことができるため、そのような酵素を用いて、適当な鋳型から組換えによりそのようなポリヌクレオチドを生産することができる。 Polynucleotides or oligonucleotides containing naturally occurring nucleotides and phosphodiester bonds can be chemically synthesized, or can be produced using recombinant DNA methods, using an appropriate polynucleotide as a template. In contrast, polynucleotides containing covalent bonds other than nucleotide analogs or phosphodiester bonds are generally chemically synthesized, but certain types of nucleotide analogs can be incorporated into polynucleotides by enzymes such as T7 polymerase. Thus, such an enzyme can be used to produce such a polynucleotide recombinantly from an appropriate template.
様々な実施形態では、アンチセンスオリゴヌクレオチドまたはRNA分子には、修飾を含むオリゴヌクレオチドが含まれる。様々な修飾が当技術分野で公知であり、本発明における使用のために考えられる。例えば、修飾主鎖または非天然ヌクレオシド間結合を含むオリゴヌクレオチドが考えられる。本明細書において用いられるように、修飾主鎖を有するオリゴヌクレオチドとは、主鎖中にリン原子を有するものおよび主鎖中にリン原子がないものを包含する。本明細書の目的において、当技術分野において言及されることがあるように、ヌクレオシド間主鎖中にリン原子がない修飾オリゴヌクレオチドもまた、オリゴヌクレオシドであると考えることができる。 In various embodiments, the antisense oligonucleotide or RNA molecule includes an oligonucleotide comprising a modification. Various modifications are known in the art and are contemplated for use in the present invention. For example, oligonucleotides containing modified backbones or unnatural internucleoside linkages are contemplated. As used herein, oligonucleotides having a modified backbone include those having a phosphorus atom in the backbone and those having no phosphorus atom in the backbone. For the purposes of this specification, as may be mentioned in the art, modified oligonucleotides that do not have a phosphorus atom in the internucleoside backbone can also be considered to be oligonucleosides.
様々な態様では、修飾オリゴヌクレオチド主鎖としては、例えば、ホスホロチオエート、キラルホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホスホトリエステル、アミノアルキルホスホトリエステル、メチルホスホネートおよび他のアルキルホスホネート(3'−アルキレンホスホネート、5'−アルキレンホスホネートおよびキラルホスホネートを含む)、ホスフィネート、ホスホルアミダート(3'−アミノホスホルアミダートおよびアミノアルキルホスホルアミダートを含む)、チオノホスホルアミダート、チオノアルキルホスホネート、チオノアルキルホスホトリエステル、通常の3'−5'結合を有するセレノホスフェートおよびボラノホスフェート、これらの2'−5'結合した類似体、および1以上のヌクレオチド間結合が3'−3'結合、5'−5'結合または2'−2'結合である逆の極性を有するものが挙げられる。逆の極性を有するある特定のオリゴヌクレオチドは、最も3'側のヌクレオチド間結合に単一の3'−3'結合、すなわち、脱塩基であってよい(核酸塩基が欠けているかまたはその代わりにヒドロキシル基を有する)単一の逆のヌクレオシド残基を含む。様々な塩、混合塩および遊離酸形も含まれる。 In various embodiments, modified oligonucleotide backbones include, for example, phosphorothioates, chiral phosphorothioates, phosphorodithioates, phosphotriesters, aminoalkyl phosphotriesters, methyl phosphonates and other alkyl phosphonates (3′-alkylene phosphonates, 5 ′ '-Alkylene phosphonates and chiral phosphonates), phosphinates, phosphoramidates (including 3'-aminophosphoramidates and aminoalkyl phosphoramidates), thionophosphoramidates, thionoalkylphosphonates, thios Noalkylphosphotriesters, selenophosphates and boranophosphates with conventional 3'-5 'linkages, their 2'-5' linked analogs, and one or more internucleotide linkages in 3'-3 'linkages. Include those having inverted polarity is 5'-5 'linkage or a 2'-2' linkage. Certain oligonucleotides with opposite polarity may be single 3'-3 'linkages, i.e. abasic (instead of lacking or instead of nucleobases) at the 3' most internucleotide linkages. Contains a single inverted nucleoside residue (with a hydroxyl group). Various salts, mixed salts and free acid forms are also included.
様々な態様では、内部にリン原子を含まない修飾オリゴヌクレオチド主鎖は、短鎖アルキルまたはシクロアルキルヌクレオシド間結合、混合ヘテロ原子およびアルキルまたはシクロアルキルヌクレオシド間結合、または1以上の短鎖ヘテロ原子ヌクレオシド間結合または複素環式ヌクレオシド間結合によって形成される主鎖を有する。これらには、モルホリノ結合(ヌクレオシドの糖部分から一部形成される);シロキサン主鎖;スルフィド、スルホキシドおよびスルホン主鎖;ホルムアセチルおよびチオホルムアセチル主鎖;メチレンホルムアセチルおよびメチレンチオホルムアセチル主鎖;リボアセチル主鎖;アルケン含有主鎖;スルファメート主鎖;メチレンイミノおよびメチレンヒドラジノ主鎖;スルホネートおよびスルホンアミド主鎖;アミド主鎖;および混合N、O、SおよびCH2成分を有する他のものを有するものが含まれる。 In various embodiments, a modified oligonucleotide backbone that does not contain a phosphorus atom therein is a short alkyl or cycloalkyl internucleoside bond, a mixed heteroatom and alkyl or cycloalkyl internucleoside bond, or one or more short heteroatom nucleosides. It has a main chain formed by an intermolecular bond or a heterocyclic internucleoside bond. These include morpholino linkages (partially formed from the sugar portion of the nucleoside); siloxane backbones; sulfide, sulfoxide and sulfone backbones; formacetyl and thioformacetyl backbones; methyleneformacetyl and methylenethioformacetyl backbones Riboacetyl backbone; alkene-containing backbone; sulfamate backbone; methyleneimino and methylenehydrazino backbone; sulfonate and sulfonamide backbone; amide backbone; and others with mixed N, O, S and CH 2 components Are included.
様々な態様では、オリゴヌクレオチドミメティック、糖およびヌクレオシド間結合の両方、すなわち、ヌクレオチド単位の主鎖は、新規な基に置換されている。塩基単位は、適当な核酸標的化合物とのハイブリダイゼーションのために維持される。そのような1つのオリゴマー化合物、優れたハイブリダイゼーション特性を示すことが示されたオリゴヌクレオチドミメティックは、ペプチド核酸(PNA)と呼ばれる。PNA化合物では、オリゴヌクレオチドの糖−主鎖は、アミド含有主鎖、特に、アミノエチルグリシン主鎖に置換されている。核酸塩基は、保持され、主鎖のアミド部分のアザ窒素原子に直接または間接的に結合している。様々な態様では、オリゴヌクレオチドはホスホロチオエート主鎖およびヘテロ原子主鎖を含むオリゴヌクレオシドを含み得る。修飾オリゴヌクレオチドはまた、1以上の置換された糖部分も含み得る。いくつかの実施形態では、オリゴヌクレオチドは、2'位に次のものの1つを含む:OH;F;O−、S−、もしくはN−アルキル;O−、S−、もしくはN−アルケニル;O−、S−もしくはN−アルキニル;またはO−アルキル−O−アルキル(ここで、該アルキル、アルケニルおよびアルキニルは、置換されているかまたは非置換のC1〜C10アルキルまたはC2〜C10アルケニルおよびアルキニルであってよい)。特に好ましいのは、O[(CH2)nO]mCH3、O(CH2)nOCH3、O(CH2)nNH2、O(CH2)nCH3、O(CH2)nONH2およびO(CH2)nON[(CH2)nCH3]]2(ここで、nおよびmは1〜約10である)である。他の好ましいオリゴヌクレオチドは、2'位に次のものの1つを含む:C1〜C10低級アルキル、置換低級アルキル、アルケニル、アルキニル、アルカリル、アラルキル、O−アルカリルもしくはO−アラルキル、SH、SCH3、OCN、Cl、Br、CN、CF3、OCF3、SOCH3、SO2CH3、ONO2、NO2、N3、NH2、ヘテロシクロアルキル、ヘテロシクロアルカリル、アミノアルキルアミノ、ポリアルキルアミノ、置換シリル、RNA切断基、レポーター基、インターカレーター、オリゴヌクレオチドの薬物動態特性を向上させるための基、またはオリゴヌクレオチドの薬力学的特性を向上させるための基、および類似した特性を有する他の置換基。別の修飾としては、2'−メトキシエトキシ(2'OCH2CH2OCH3、2'−O−(2−メトキシエチル)または2'−MOEとしても知られる)が挙げられる。
In various embodiments, both oligonucleotide mimetics, sugars and internucleoside linkages, ie, the backbone of nucleotide units, are replaced with novel groups. Base units are maintained for hybridization with the appropriate nucleic acid target compound. One such oligomeric compound, an oligonucleotide mimetic that has been shown to exhibit excellent hybridization properties, is called peptide nucleic acid (PNA). In PNA compounds, the sugar-backbone of the oligonucleotide is replaced with an amide-containing backbone, in particular an aminoethylglycine backbone. The nucleobase is retained and bound directly or indirectly to the aza nitrogen atom of the main chain amide moiety. In various embodiments, the oligonucleotide can comprise an oligonucleoside comprising a phosphorothioate backbone and a heteroatom backbone. Modified oligonucleotides can also include one or more substituted sugar moieties. In some embodiments, the oligonucleotide comprises one of the following at the 2 'position: OH; F; O-, S-, or N-alkyl; O-, S-, or N-alkenyl; -, S- or N- alkynyl; or O- alkyl -O--alkyl (wherein the alkyl, alkenyl and alkynyl, whether or unsubstituted are substituted C 1 -C 10 alkyl or C 2 -C 10 alkenyl And may be alkynyl). Particularly preferred are O [(CH 2 ) n O] m CH 3 , O (CH 2 ) n OCH 3 , O (CH 2 ) n NH 2 , O (CH 2 ) n CH 3 , O (CH 2 ). n ONH 2 and O (CH 2 ) n ON [(CH 2 ) n CH 3 ]] 2, where n and m are 1 to about 10. Other preferred oligonucleotides include one of the following at the 2 ′ position: C 1 -C 10 lower alkyl, substituted lower alkyl, alkenyl, alkynyl, alkaryl, aralkyl, O-alkaryl or O-aralkyl, SH, SCH 3 , OCN, Cl, Br, CN, CF 3 , OCF 3 , SOCH 3 , SO 2 CH 3 , ONO 2 , NO 2 ,
関連態様では、本発明は、標的ポリヌクレオチドに対する親和性および特異性が増強されたアンチセンス核酸を生成するためのロックド核酸(LNA)の使用を含む。LNAは、2'−ヒドロキシル基が糖環の3'または4'炭素原子と結合し、それによって二環式糖部分を形成する核酸である。その結合は、2'酸素原子と4'炭素原子を架橋するメチレン (methelyne)(−CH2−)n基(ここで、nは1または2である)であることが好ましい。 In a related aspect, the present invention includes the use of locked nucleic acids (LNA) to generate antisense nucleic acids with enhanced affinity and specificity for the target polynucleotide. LNA is a nucleic acid in which a 2′-hydroxyl group is attached to the 3 ′ or 4 ′ carbon atom of a sugar ring, thereby forming a bicyclic sugar moiety. The bond is preferably a methylene (—CH 2 —) n group (where n is 1 or 2) bridging the 2 ′ oxygen atom and the 4 ′ carbon atom.
他の修飾としては、2'−メトキシ(2'−O−CH3)、2'−アミノプロポキシ(2'−OCH2CH2CH2NH2)、2'−アリル(2'−CH−CH−CH2)、2'−O−アリル(2'−O−CH2−CH−CH2)、2'−フルオロ(2'−F)、2'−アミノ、2'−チオ、2'−Oメチル、2'−メトキシメチル、2'−プロピルなどが挙げられる。2'−修飾は、アラビノ(上)位またはリボ(下)位に存在してよい。好ましい2'−アラビノ修飾は2'−Fである。また、類似した修飾も、オリゴヌクレオチドの他の位置で、特に、3'末端ヌクレオチド上または2'−5'結合オリゴヌクレオチド中の糖の3'位および5'末端ヌクレオチドの5'位で行ってよい。オリゴヌクレオチドはまた、ペントフラノシル糖の代わりにシクロブチル部分などの糖ミメティックも有していてよい。
Other modifications include 2'-methoxy (2'-OCH 3), 2'-
オリゴヌクレオチドはまた、核酸塩基の修飾または置換も含み得る。本明細書において用いられるように、「非修飾」または「天然」核酸塩基としては、プリン塩基であるアデニン(A)およびグアニン(G)、ならびにピリミジン塩基であるチミン(T)、シトシン(C)およびウラシル(U)が挙げられる。修飾された核酸塩基としては、他の合成および天然核酸塩基、例えば、5−メチルシトシン、5−ヒドロキシメチルシトシン、キサンチン、ヒポキサンチン、2−アミノアデニン、アデニンおよびグアニンの6−メチル誘導体および他のアルキル誘導体、アデニンおよびグアニンの2−プロピル誘導体および他のアルキル誘導体、2−チオウラシル、2−チオチミンおよび2−チオシトシン、5−ハロウラシルおよび5−ハロシトシン、5−プロピニルウラシルおよび5−プロピニルシトシン、ならびにピリミジン塩基の他のアルキニル誘導体、6−アゾウラシル、6−アゾシトシンおよび6−アゾチミン、5−ウラシル(シュードウラシル)、4−チオウラシル、8−ハロ、8−アミノ、8−チオール、8−チオアルキル、8−ヒドロキシルおよび他の8−置換のアデニンおよびグアニン、5−ハロ、特に、5−ブロモ、5−トリフルオロメチルおよび他の5−置換のウラシルおよびシトシン、7−メチルグアニンおよび7−メチルアデニン、2−F−アデニン、2−アミノ−アデニン、8−アザグアニンおよび8−アザアデニン、7−デアザグアニンおよび7−デアザアデニン、ならびに3−デアザグアニンおよび3−デアザアデニンなどが挙げられる。さらなる修飾核酸塩基としては、三環式ピリミジン、例えば、フェノキサジンシチジン(1H−ピリミド[5,4−b][1,4]ベンゾオキサジン−2(3H)−オン)、フェノチアジンシチジン(1H−ピリミド[5,4−b][1,4]ベンゾチアジン−2(3H)−オン)、置換フェノキサジンシチジン(例えば、9−(2−アミノエトキシ)−H−ピリミド[5,4−b][1,4]ベンゾオキサジン−2(3H)−オン)などのGクランプ、カルバゾールシチジン(2H−ピリミド[4,5−b]インドール−2−オン)、ピリドインドールシチジン(H−ピリミド[3',2':4,5]ピロロ[2,3−d]ピリミジン−2−オン)などが挙げられる。修飾核酸塩基としては、プリン塩基またはピリミジン塩基が他の複素環、例えば、7−デアザ−アデニン、7−デアザグアノシン、2−アミノピリジンおよび2−ピリドンで置換されたものも挙げられ得る。さらなる核酸塩基は当技術分野で公知である。これらの核酸塩基のいくつかは、本明細書に記載したオリゴマー化合物の結合親和性を高めるために特に有用である。これらには、5−置換ピリミジン、6−アザピリミジンおよびN−2、N−6およびO−6置換プリン(2−アミノプロピルアデニンを含む)、5−プロピニルウラシルおよび5−プロピニルシトシンが含まれる。5−メチルシトシン置換は、0.6〜1.2Cにより核酸二本鎖安定性を高めることが示され、現在好ましい塩基置換であり、さらに特には、2'−O−メトキシエチル糖修飾と組み合わせられる場合である。 Oligonucleotides can also include nucleobase modifications or substitutions. As used herein, “unmodified” or “natural” nucleobases include the purine bases adenine (A) and guanine (G), and the pyrimidine bases thymine (T), cytosine (C). And uracil (U). Modified nucleobases include other synthetic and natural nucleobases such as 5-methylcytosine, 5-hydroxymethylcytosine, xanthine, hypoxanthine, 2-aminoadenine, adenine and 6-methyl derivatives of guanine and other Alkyl derivatives, 2-propyl derivatives of adenine and guanine and other alkyl derivatives, 2-thiouracil, 2-thiothymine and 2-thiocytosine, 5-halouracil and 5-halocytosine, 5-propynyluracil and 5-propynylcytosine, and pyrimidine bases Other alkynyl derivatives, 6-azouracil, 6-azocytosine and 6-azothymine, 5-uracil (pseudouracil), 4-thiouracil, 8-halo, 8-amino, 8-thiol, 8-thioalkyl, 8-hydroxy And other 8-substituted adenines and guanines, 5-halo, especially 5-bromo, 5-trifluoromethyl and other 5-substituted uracils and cytosines, 7-methylguanine and 7-methyladenine, 2-F -Adenine, 2-amino-adenine, 8-azaguanine and 8-azaadenine, 7-deazaguanine and 7-deazaadenine, and 3-deazaguanine and 3-deazaadenine. Further modified nucleobases include tricyclic pyrimidines such as phenoxazine cytidine (1H-pyrimido [5,4-b] [1,4] benzoxazin-2 (3H) -one), phenothiazine cytidine (1H-pyrimido [5,4-b] [1,4] benzothiazin-2 (3H) -one), substituted phenoxazine cytidine (eg, 9- (2-aminoethoxy) -H-pyrimido [5,4-b] [1 , 4] benzoxazin-2 (3H) -one), carbazole cytidine (2H-pyrimido [4,5-b] indol-2-one), pyridoindole cytidine (H-pyrimido [3 ′, 2 ′: 4,5] pyrrolo [2,3-d] pyrimidin-2-one) and the like. Modified nucleobases may also include those in which the purine or pyrimidine base is replaced with other heterocycles such as 7-deaza-adenine, 7-deazaguanosine, 2-aminopyridine and 2-pyridone. Additional nucleobases are known in the art. Some of these nucleobases are particularly useful for increasing the binding affinity of the oligomeric compounds described herein. These include 5-substituted pyrimidines, 6-azapyrimidines and N-2, N-6 and O-6 substituted purines (including 2-aminopropyladenine), 5-propynyluracil and 5-propynylcytosine. The 5-methylcytosine substitution is shown to increase nucleic acid duplex stability by 0.6-1.2C, and is the currently preferred base substitution, more particularly in combination with 2'-O-methoxyethyl sugar modification This is the case.
本明細書に記載したアンチセンスオリゴヌクレオチドの別の修飾は、オリゴヌクレオチドの活性、細胞分布または細胞取込みを高めるオリゴヌクレオチドの1以上の部分またはコンジュゲートとの化学的結合を含む。アンチセンスオリゴヌクレオチドは、第一級または第二級ヒドロキシル基などの官能基と共有結合されたコンジュゲート群を含み得る。コンジュゲート群としては、インターカレーター、レポーター分子、ポリアミン、ポリアミド、ポリエチレングリコール、ポリエーテル、オリゴマーの薬力学的特性を増強する群、およびオリゴマーの薬物動態特性を増強する群が挙げられる。典型的なコンジュゲート群としては、コレステロール、脂質、リン脂質、ビオチン、フェナジン、葉酸、フェナントリジン、アントラキノン、アクリジン、フルオレセイン、ローダミン、クマリンおよび色素が挙げられる。薬力学的特性を増強する群とは、本発明の文脈において、オリゴマーの取込みを向上させ、オリゴマーの分解耐性を増強し、および/またはRNAとの配列特異的ハイブリダイゼーションを強化する群を包含する。薬物動態特性を増強する群とは、本発明の文脈において、オリゴマーの取込み、分布、代謝または排出を向上させる群を包含する。コンジュゲート部分としては、限定されるものではないが、コレステロール部分、コール酸、チオエーテル、例えば、ヘキシル−5−トリチルチオール、チオコレステロール、脂肪族鎖、例えば、ドデカンジオールまたはウンデシル残基、リン脂質、例えば、ジヘキサデシル−rac−グリセロールまたはトリエチルアンモニウム 1,2−ジ−O−ヘキサデシル−rac−グリセロ−3−H−ホスホネート、ポリアミンまたはポリエチレングリコール鎖、あるいはアダマンタン酢酸、パルミチル部分、あるいはオクタデシルアミンまたはヘキシルアミノカルボニルオキシコレステロール部分などの脂質部分が挙げられる。
Another modification of the antisense oligonucleotides described herein involves chemical conjugation with one or more portions or conjugates of the oligonucleotide that increase the activity, cell distribution or cellular uptake of the oligonucleotide. An antisense oligonucleotide can comprise a group of conjugates covalently linked to a functional group such as a primary or secondary hydroxyl group. The conjugate groups include intercalators, reporter molecules, polyamines, polyamides, polyethylene glycols, polyethers, groups that enhance the pharmacodynamic properties of oligomers, and groups that enhance the pharmacokinetic properties of oligomers. Exemplary conjugate groups include cholesterol, lipid, phospholipid, biotin, phenazine, folic acid, phenanthridine, anthraquinone, acridine, fluorescein, rhodamine, coumarin and dye. Groups that enhance pharmacodynamic properties include, in the context of the present invention, groups that improve oligomer uptake, enhance oligomer degradation resistance, and / or enhance sequence-specific hybridization with RNA. . Groups that enhance pharmacokinetic properties include in the context of the present invention groups that improve oligomer uptake, distribution, metabolism or excretion. Conjugate moieties include, but are not limited to, cholesterol moieties, cholic acid, thioethers such as hexyl-5-tritylthiol, thiocholesterol, aliphatic chains such as dodecanediol or undecyl residues, phospholipids, For example, dihexadecyl-rac-glycerol or
いくつかの遺伝子は、多能性と関係があり、初期化因子としての本発明での使用に好適であることが見出された。そのような遺伝子は当技術分野で公知であり、それらの例として、SOXファミリー遺伝子(SOX1、SOX2、SOX3、SOX15、SOX18)、KLFファミリー遺伝子(KLF1、KLF2、KLF4、KLF5)、MYCファミリー遺伝子(C−MYC、L−MYC、N−MYC)、SALL4、OCT4、NANOG、LIN28、STELLA、NOBOXまたはSTATファミリー遺伝子が挙げられる。STATファミリーメンバーには、例えば、STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5(STAT5AおよびSTAT5B)、およびSTAT6が含まれ得る。場合によっては、多能性を誘導するために1種の遺伝子だけを使用することも可能であるが、一般的には、多能性を誘導するために2種以上の遺伝子の発現が必要である。例えば、2種、3種、4種またはそれ以上の遺伝子をポリシストロン性構築物として体細胞ゲノムに同時に組み込んで、そのような遺伝子の同時発現を可能にし得る。例示的態様では、多能性を誘導するために、OCT4、SOX2、KLF4およびC−MYCを含む4種の遺伝子が利用される。本発明での使用に好適な初期化因子として知られるさらなる遺伝子は、米国特許出願第10/997,146号および米国特許出願第12/289,873号において開示されており、これらの特許出願は引用することにより本明細書の一部とされる。 Several genes have been found to be associated with pluripotency and suitable for use in the present invention as reprogramming factors. Such genes are known in the art, and examples thereof include SOX family genes (SOX1, SOX2, SOX3, SOX15, SOX18), KLF family genes (KLF1, KLF2, KLF4, KLF5), MYC family genes ( C-MYC, L-MYC, N-MYC), SALL4, OCT4, NANOG, LIN28, STELLA, NOBOX or STAT family genes. STAT family members can include, for example, STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5 (STAT5A and STAT5B), and STAT6. In some cases, it is possible to use only one gene to induce pluripotency, but generally more than one gene expression is required to induce pluripotency. is there. For example, two, three, four or more genes can be simultaneously integrated into the somatic cell genome as a polycistronic construct to allow co-expression of such genes. In an exemplary embodiment, four genes are utilized to induce pluripotency, including OCT4, SOX2, KLF4 and C-MYC. Additional genes known as reprogramming factors suitable for use in the present invention are disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 997,146 and US patent application Ser. No. 12 / 289,873, which patent applications It is made a part of this specification by quoting.
これらの遺伝子の全ては、ヒトを含む哺乳類に一般に存在するため、任意の哺乳類由来の相同体も本発明において用いてよい(限定されるものではないが、マウス、ラット、ウシ、ヒツジ、ウマおよびサルを含む哺乳類から得られた遺伝子など)。さらに、野生型遺伝子産物に加えて、いくつかの(例えば、1〜10個、1〜6個、1〜4個、1〜3個および1個または2個)のアミノ酸の置換、挿入および/または欠失を含み野生型遺伝子産物と類似した機能を有する変異遺伝子産物も使用することができる。さらに、因子の組合せは野生型の遺伝子または遺伝子産物の使用に限定されない。例えば、野生型Mycの代わりにMycキメラまたは他のMyc変異体を使用することができる。 Since all of these genes are generally present in mammals, including humans, homologs from any mammal may be used in the present invention (including but not limited to mouse, rat, cow, sheep, horse and Genes obtained from mammals including monkeys). Furthermore, in addition to the wild-type gene product, several (eg 1-10, 1-6, 1-4, 1-3 and 1 or 2) amino acid substitutions, insertions and / or Alternatively, a mutant gene product containing a deletion and having a function similar to that of the wild-type gene product can also be used. Furthermore, the combination of factors is not limited to the use of wild type genes or gene products. For example, a Myc chimera or other Myc variant can be used instead of wild-type Myc.
本発明は、任意の特定の核初期化因子組合せに限定されない。本明細書において論じるように、核初期化因子は、1種以上の遺伝子産物を含んでよい。核初期化因子はまた、本明細書において論じるように、遺伝子産物の組合せも含んでよい。本明細書において開示するように、各核初期化因子を単独でまたは他の核初期化因子と組み合わせて用いてよい。さらに、本発明の核初期化因子は、スクリーニング方法により、例えば、米国特許出願第10/997,146号において論じられているように、同定することができ、この特許出願は引用することにより本明細書の一部とされる。加えて、本発明の核初期化因子は、分化、発生、増殖などに関連する1種以上の因子および他の生理学的活性を有する因子、ならびに核初期化因子として機能し得る他の遺伝子産物を含み得る。 The present invention is not limited to any particular nuclear reprogramming factor combination. As discussed herein, a nuclear reprogramming factor may include one or more gene products. Nuclear reprogramming factors may also include combinations of gene products, as discussed herein. Each nuclear reprogramming factor may be used alone or in combination with other nuclear reprogramming factors as disclosed herein. Furthermore, the nuclear reprogramming factors of the present invention can be identified by screening methods, for example, as discussed in US patent application Ser. No. 10 / 997,146, which is incorporated herein by reference. Part of the description. In addition, the nuclear reprogramming factor of the present invention comprises one or more factors associated with differentiation, development, proliferation, etc. and other physiologically active factors, as well as other gene products that can function as nuclear reprogramming factors. May be included.
核初期化因子は、タンパク質またはペプチドを含んでよい。そのタンパク質は、本明細書において論じるように、遺伝子から生産されてよく、あるいは、そのタンパク質と別のタンパク質、ペプチドなどとの融合遺伝子産物の形であってよい。そのタンパク質またはペプチドは、蛍光タンパク質および/または融合タンパク質であってよい。例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)との融合タンパク質またはヒスチジンタグなどのペプチドとの融合遺伝子産物を用いることもできる。さらに、ウイルスHIVから得られたTATペプチドとの融合タンパク質を調製し使用することによって、細胞膜を通じての核初期化因子の細胞内取込みを促進することができ、それによって、融合タンパク質を培地に加え遺伝子形質導入などの複雑な操作を行わないことから、初期化の誘導だけが可能になる。そのような融合遺伝子産物の調製方法は当業者には周知であるため、当業者ならば、目的に応じて適当な融合遺伝子産物を容易に設計し調製することができる。 Nuclear reprogramming factors may include proteins or peptides. The protein may be produced from a gene, as discussed herein, or may be in the form of a fusion gene product of the protein and another protein, peptide, etc. The protein or peptide may be a fluorescent protein and / or a fusion protein. For example, a fusion protein with a green fluorescent protein (GFP) or a fusion gene product with a peptide such as a histidine tag can be used. Furthermore, by preparing and using a fusion protein with a TAT peptide obtained from viral HIV, the cellular uptake of nuclear reprogramming factor through the cell membrane can be promoted, whereby the fusion protein is added to the medium and the gene Since complicated operations such as transduction are not performed, only initialization can be induced. Since methods for preparing such fusion gene products are well known to those skilled in the art, those skilled in the art can easily design and prepare suitable fusion gene products according to the purpose.
本明細書において論じるように、iPSCは、体細胞に核初期化因子と、その細胞中でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質および/またはp21阻害剤とを組み合わせて接触させることにより誘導され得る。当業者には理解されるように、体細胞への送達は当技術分野で公知の任意の好適な方法により行われ得る。一態様では、核初期化因子は、核初期化因子をコードする遺伝子を含む組換えベクターを用いて細胞に導入され得る。同様に、マイクロRNAを変更する作用物質は、RNA分子(例えば、マイクロRNA、shRNA、アンチセンスオリゴヌクレオチドなど)をコードするポリヌクレオチドを含む組換えベクターを用いて細胞に導入され得る。同様に、p21の阻害剤は、ペプチド阻害剤またはRNA分子(例えば、マイクロRNA、shRNA、アンチセンスオリゴヌクレオチドなど)をコードするポリヌクレオチドを含む組換えベクターを用いて細胞に導入され得る。よって、その細胞は、組換えベクター中に含まれる遺伝子の産物として発現される核初期化因子を発現することができ、同様に組換えベクター中に含まれるポリヌクレオチドの産物として作用物質またはp21阻害剤を発現し、それによって核初期化因子だけを使用する場合と比べて高い効率(割合)で分化した細胞の初期化を誘導する。 As discussed herein, iPSCs are induced by contacting somatic cells in combination with a nuclear reprogramming factor and an agent and / or p21 inhibitor that alters microRNA levels or activity in the cell. obtain. As will be appreciated by those skilled in the art, delivery to somatic cells may be performed by any suitable method known in the art. In one aspect, a nuclear reprogramming factor can be introduced into a cell using a recombinant vector comprising a gene encoding the nuclear reprogramming factor. Similarly, an agent that alters microRNA can be introduced into a cell using a recombinant vector comprising a polynucleotide encoding an RNA molecule (eg, microRNA, shRNA, antisense oligonucleotide, etc.). Similarly, inhibitors of p21 can be introduced into cells using recombinant vectors comprising polynucleotides encoding peptide inhibitors or RNA molecules (eg, microRNA, shRNA, antisense oligonucleotides, etc.). Thus, the cell can express a nuclear reprogramming factor that is expressed as a product of a gene contained in the recombinant vector, and similarly, an agent or p21 inhibitor as a product of the polynucleotide contained in the recombinant vector. The agent is expressed, thereby inducing the reprogramming of the differentiated cells with a higher efficiency (ratio) compared to using only the nuclear reprogramming factor.
本発明の核酸構築物(組換えベクターなど)は、様々な周知の技術(細胞の非ウイルス性トランスフェクションなど)を用いて細胞に導入され得る。例示的態様では、構築物は、ベクターに組み込まれ、細胞に導入されて、その構築物の発現が可能になる。細胞への導入は、当技術分野で公知の任意のウイルス性または非ウイルス性トランスフェクション(限定されるものではないが、エレクトロポレーション、リン酸カルシウム法、ヌクレオフェクション、ソノポレーション、熱ショック、マグネトフェクション、リポソーム法、マイクロインジェクション、微粒子銃法(ナノ粒子)、陽イオン性ポリマー法(DEAE−デキストラン、ポリエチレンイミン、ポリエチレングリコール(PEG)など)または細胞融合など)により行われ得る。他のトランスフェクション方法としては、専売のトランスフェクション試薬(Lipofectamine(商標)、Dojindo Hilymax(商標)、Fugene(商標)、jetPEI(商標)、Effectene(商標)およびDreamFect(商標)など)が挙げられる。 The nucleic acid constructs (such as recombinant vectors) of the invention can be introduced into cells using a variety of well-known techniques (such as non-viral transfection of cells). In an exemplary embodiment, the construct is incorporated into a vector and introduced into a cell to allow expression of the construct. The introduction into the cell can be any viral or non-viral transfection known in the art, including but not limited to electroporation, calcium phosphate method, nucleofection, sonoporation, heat shock, magneto Transfection, liposome method, microinjection, fine particle gun method (nanoparticle), cationic polymer method (DEAE-dextran, polyethyleneimine, polyethylene glycol (PEG), etc.) or cell fusion). Other transfection methods include proprietary transfection reagents such as Lipofectamine (TM), Dojindo Hilymax (TM), Fugene (TM), jetPEI (TM), Effectene (TM), and DreamFect (TM).
他の態様では、体細胞への、核初期化因子と、その細胞中でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質および/またはp21阻害剤とを組み合わせての誘導中の接触は、当技術分野で公知の任意の方法、例えば、細胞膜を介したタンパク質、RNA分子などの直接送達により行われ得る。 In other embodiments, contacting a somatic cell during induction with a combination of a nuclear reprogramming factor and an agent and / or a p21 inhibitor that alters microRNA levels or activity in the cell is known in the art. Can be performed by any method known in the art, for example, direct delivery of proteins, RNA molecules, etc. through cell membranes.
細胞中でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質および/またはp21阻害剤と組み合わせた核初期化因子の使用では、初期化因子だけを使用する場合と比べて誘導効率は高まる。様々な態様では、誘導効率は、従来の方法と比べて10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、150%、200%、300%、400%または500%までも高まり得る。例えば、誘導効率は、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%、25%または50%(例えば、開始時の体細胞総数に対する誘導された細胞の割合)ほどの高さであり得る。 The use of nuclear reprogramming factors in combination with agents that alter microRNA levels or activity in cells and / or p21 inhibitors increases the induction efficiency compared to using reprogramming factors alone. In various aspects, induction efficiency is 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%, 150%, 200% compared to conventional methods. , 300%, 400% or even 500%. For example, induction efficiency may be 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 15%, 20%, 25% or 50% (eg, The ratio of induced cells to the total number of somatic cells at the beginning) can be as high.
誘導プロセス中、体細胞に、その細胞中でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質および/またはp21阻害剤を接触させると同時にまたはその前に、体細胞に核初期化因子を接触させ得る。様々な態様では、体細胞に任意の他の作用物質または阻害剤を接触させる約1日、2日、3日、4日、5日、7日、8日、9日、10日、11日、12日、13日、14日またはそれ以上前に、体細胞に初期化因子を接触させる。例示的態様では、体細胞に任意の他の作用物質または阻害剤を接触させる約1日、2日、3日、4日または5日前に、体細胞に初期化因子を接触させる。
During the induction process, somatic cells may be contacted with a nuclear reprogramming factor at the same time or prior to contacting somatic cells with agents and / or p21 inhibitors that alter microRNA levels or activity in the cells. In various embodiments, the somatic cell is contacted with any other agent or inhibitor about 1 day, 2 days, 3 days, 4 days, 5 days, 7 days, 8 days, 9 days, 10 days, 11 days. The somatic cells are contacted with the
初期化細胞の多能性を評価するためにさらなる解析を行ってよい。細胞を異なる増殖特性および胚幹細胞様形態について解析し得る。例えば、特異的細胞種への分化を推進することが知られているある特定の増殖因子を加えることによって細胞をin vitroで分化させ得る。体の数種の細胞種だけを形成可能な初期化細胞は多分化性であり、一方、体のいかなる細胞種をも形成可能な初期化細胞は多能性である。 Further analysis may be performed to assess the pluripotency of the reprogrammed cells. Cells can be analyzed for different growth characteristics and embryonic stem cell-like morphology. For example, cells can be differentiated in vitro by adding certain growth factors known to promote differentiation into specific cell types. Reprogrammed cells that can form only a few cell types of the body are pluripotent, whereas reprogrammed cells that can form any cell type of the body are pluripotent.
多能性を評価するための初期化体細胞の発現プロファイリングも行ってよい。多能性と関係がある個別遺伝子の発現もまた調査し得る。加えて、胚幹細胞表面マーカーの発現も解析し得る。多能性幹細胞と関係があることが当技術分野で公知の様々な遺伝子の検出および解析としては、限定されるものではないが、OCT4、NANOG、SALL4、SSEA−1、SSEA−3、SSEA−4、TRA−1−60、TRA−1−81、またはそれらの組合せなどの遺伝子の解析が挙げられ得る。iPS細胞はいくつもの多能性細胞マーカーを発現し得、それらには以下が挙げられる:アルカリ性ホスファターゼ(alkaline phosphatase)(AP);ABCG2;ステージ特異的胚抗原−1(stage specific embryonic antigen-1)(SSEA−1);SSEA−3;SSEA−4;TRA−1−60;TRA−1−81;Tra−2−49/6E;ERas/ECAT5、E−カドヘリン(E-cadherin);β−チュブリンIII(β-tubulin III);α−平滑筋アクチン(α-smooth muscle actin)(α−SMA);繊維芽細胞増殖因子4(fibroblast growth factor 4)(FGF4)、Cripto、Dax1;亜鉛フィンガータンパク質296(zinc finger protein 296)(Zfp296);N−アセチルトランスフェラーゼ−1(N-acetyltransferase-1)(Nat1);ES細胞関連転写物1(ES cell associated transcript 1)(ECAT1);ESG1/DPPA5/ECAT2;ECAT3;ECAT6;ECAT7;ECAT8;ECAT9;ECAT10;ECAT15−1;ECAT15−2;Fthll7;Sall4;未分化胚細胞転写因子(undifferentiated embryonic cell transcription factor)(Utf1);Rex1;p53;G3PDH;テロメラーゼ(telomerase)(TERTを含む);サイレントX染色体遺伝子(silent X chromosome genes);Dnmt3a;Dnmt3b;TRIM28;F-box containing protein 15(Fbx15);Nanog/ECAT4;Oct3/4;Sox2;Klf4;c−Myc;Esrrb;TDGF1;GABRB3;Zfp42、FoxD3;GDF3;CYP25A1;developmental pluripotency-associated 2(DPPA2);T-cell lymphoma breakpoint 1(Tcl1);DPPA3/Stella;DPPA4;ならびに他の一般的な多能性マーカー、例えば、細胞を初期化するために誘導中に用いられる任意の遺伝子。iPS細胞はまた、iPS細胞が誘導される分化細胞に特有のマーカーのダウンレギュレーションによっても特徴付けることができる。 Expression profiling of reprogrammed somatic cells to assess pluripotency may also be performed. The expression of individual genes associated with pluripotency can also be investigated. In addition, the expression of embryonic stem cell surface markers can be analyzed. Detection and analysis of various genes known in the art to be associated with pluripotent stem cells include, but are not limited to, OCT4, NANOG, SALL4, SSEA-1, SSEA-3, SSEA- 4, analysis of genes such as TRA-1-60, TRA-1-81, or combinations thereof. iPS cells can express a number of pluripotent cell markers, including: alkaline phosphatase (AP); ABCG2; stage specific embryonic antigen-1 (SSEA-1); SSEA-3; SSEA-4; TRA-1-60; TRA-1-81; Tra-2-49 / 6E; ERas / ECAT5, E-cadherin (E-cadherin); β-tubulin [Alpha] -smooth muscle actin ([alpha] -SMA); fibroblast growth factor 4 (FGF4), Cripto, Daxl; zinc finger protein 296 (zinc finger protein 296) (Zfp296); N-acetyltransferase-1 (Nat1); ES cell associated transcript 1 1) (ECAT1); ESG1 / DPPA5 / ECAT2; ECAT3; ECAT6; ECAT7; ECAT8; ECAT9; ECAT10; ECAT15-1; ECAT15-2; Fthll7; Sall4; undifferentiated embryonic cell transcription factor ( Rex1; p53; G3PDH; telomerase (including TERT); silent X chromosome genes; Dnmt3a; Dnmt3b; TRIM28; F-box containing protein 15 (Fbx15); Nanog / ECAT4; Oct3 / 4; Sox2; Klf4; c-Myc; Esrrb; TDGF1; GABRB3; Zfp42, FoxD3; GDF3; CYP25A1; developmental pluripotency-associated 2 (DPPA2); T-cell lymphoma breakpoint 1 Tcl1); DPPA3 / Stella; DPPA4; as well as other common pluripotency markers, for example, any gene used during induction to initialize the cells. iPS cells can also be characterized by down-regulation of markers characteristic of differentiated cells from which iPS cells are derived.
本発明はさらに、本明細書に記載した方法を用いて生産されたiPS細胞、ならびにそのような細胞の集団を提供する。様々な細胞種へ分化可能な、本発明の初期化細胞には、様々な用途および治療的使用がある。幹細胞の基本特性である、無限に自己複製する能力および体のあらゆる細胞種に分化する能力は治療的使用に理想的となる。 The invention further provides iPS cells produced using the methods described herein, as well as populations of such cells. The reprogrammed cells of the present invention that are capable of differentiating into various cell types have a variety of uses and therapeutic uses. The basic properties of stem cells, the ability to self-replicate indefinitely and the ability to differentiate into any cell type in the body, are ideal for therapeutic use.
よって、一態様では、本発明は、本明細書に記載した方法を用いて生成された誘導多能性幹細胞を用いて対象における障害および/または症状の治療または予防方法をさらに提供する。その方法は、対象から体細胞を得ることおよび本明細書に記載した方法を用いてその体細胞を誘導多能性幹(iPS)細胞に初期化することを含む。その細胞は、次いで、症状の治療に好適な所望の細胞種にその細胞を分化させるのに好適な条件下で培養される。分化した細胞は、次いで、症状を治療または予防するために対象に導入され得る。 Thus, in one aspect, the invention further provides a method of treating or preventing a disorder and / or symptom in a subject using induced pluripotent stem cells generated using the methods described herein. The method includes obtaining somatic cells from a subject and reprogramming the somatic cells to induced pluripotent stem (iPS) cells using the methods described herein. The cells are then cultured under conditions suitable to differentiate the cells into the desired cell type suitable for treatment of the condition. The differentiated cells can then be introduced into a subject to treat or prevent symptoms.
一態様では、本明細書に記載した方法を用いて生産されたiPS細胞、ならびにそのような細胞の集団は、それらの細胞を、それらの細胞中でマイクロRNAレベルまたは活性を変更する作用物質により処理するかまたはそのような作用物質と接触させることによりin vitroで分化させ得る。マイクロRNAはiPSC誘導において重要なレギュレーターとして確認されているため、そのようなiPSCの分化を指示するために個別マイクロRNAまたはマイクロRNA集団の操作を用い得ると思われる。そのような処理を、増殖因子または当技術分野で一般的に公知の他の作用物質および刺激と組み合わせて用いて、特異的細胞種への分化を推進し得る。 In one aspect, iPS cells produced using the methods described herein, as well as populations of such cells, are treated with agents that alter microRNA levels or activity in those cells. It can be differentiated in vitro by treatment or contact with such agents. Since microRNAs have been identified as important regulators in iPSC induction, it is likely that manipulation of individual microRNAs or microRNA populations can be used to direct such iPSC differentiation. Such treatment can be used in combination with growth factors or other agents and stimuli generally known in the art to promote differentiation into specific cell types.
本発明の1つの利点は、移植に好適な同系(isogenic or synegenic)ヒト細胞について本質的に無制限の供給を提供することである。iPS細胞は、患者に特異的に合わせられ、免疫拒絶が回避される。従って、現行の移植方法に関する重大な問題(宿主対移植片または移植片対宿主の拒絶によって起こり得る移植組織の拒絶など)がうまく回避される。健常なヒトから得られた体細胞由来のiPS細胞またはiPS細胞から調製された完全に分化した細胞のいくつかの種類を、iPS細胞バンクに細胞のライブラリーとして保存することができ、幹細胞療法を受ける患者による拒絶が起こらない体細胞、組織または器官の調製に、そのライブラリー中の1種類以上のiPS細胞を用いることができる。 One advantage of the present invention is that it provides an essentially unlimited supply for isogenic or synegenic human cells suitable for transplantation. iPS cells are specifically tailored to the patient and immune rejection is avoided. Thus, significant problems associated with current transplantation methods (such as transplant rejection, which can occur due to host versus graft or graft versus host rejection) are successfully avoided. Some types of somatic cell-derived iPS cells obtained from healthy humans or fully differentiated cells prepared from iPS cells can be stored as a library of cells in an iPS cell bank, and stem cell therapy One or more iPS cells in the library can be used to prepare somatic cells, tissues or organs that do not cause rejection by the recipient.
本発明のiPS細胞は、当技術分野で公知の方法により様々な障害を治療するための複数の異なる細胞種に分化させ得る。例えば、iPS細胞を誘導して、造血幹細胞(hematopoetic stem cells)、筋肉細胞、心筋細胞、肝臓細胞、軟骨細胞、上皮細胞、尿路細胞、神経細胞などに分化させ得る。分化した細胞は、症状を予防または治療するために、次いで、患者の体に移植して戻され得る。よって、本発明の方法は、特定の細胞種/組織の増加もしくは置換または細胞の脱分化が望ましい、心筋梗塞、鬱血性心不全、卒中、虚血、末梢血管疾患、アルコール性肝疾患、硬変、パーキンソン病、アルツハイマー病、糖尿病、癌、関節炎、創傷治癒、免疫不全、再生不良性貧血、貧血、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、リソソーム蓄積症、多発性硬化症、脊髄損傷、遺伝性障害および類似疾患を有する対象を治療するために使用し得る。 The iPS cells of the present invention can be differentiated into a number of different cell types for treating various disorders by methods known in the art. For example, iPS cells can be induced to differentiate into hematopoetic stem cells, muscle cells, cardiomyocytes, liver cells, chondrocytes, epithelial cells, urinary tract cells, nerve cells, and the like. The differentiated cells can then be transplanted back into the patient's body to prevent or treat symptoms. Thus, the methods of the present invention provide for myocardial infarction, congestive heart failure, stroke, ischemia, peripheral vascular disease, alcoholic liver disease, cirrhosis, where a specific cell type / tissue increase or replacement or cell dedifferentiation is desirable. Parkinson's disease, Alzheimer's disease, diabetes, cancer, arthritis, wound healing, immunodeficiency, aplastic anemia, anemia, Huntington's disease, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), lysosomal storage disease, multiple sclerosis, spinal cord injury It can be used to treat subjects with genetic disorders and similar diseases.
様々な実施形態では、その方法によって、組織または器官の細胞数が、対応する未処理の対照組織または器官と比べて少なくとも約5%、10%、25%、50%、75%またはそれ以上増加する。さらに別の実施形態では、その方法によって、組織または器官の生物活性が、対応する未処理の対照組織または器官と比べて少なくとも約5%、10%、25%、50%、75%またはそれ以上増加する。さらに別の実施形態では、その方法によって、組織または器官における血管形成が、対応する未処理の対照組織または器官と比べて少なくとも約5%、10%、25%、50%、75%またはそれ以上増加する。さらに別の実施形態では、前記細胞は対象に対して、細胞数の増加が望まれる部位に直接投与される。 In various embodiments, the method increases the number of cells in a tissue or organ by at least about 5%, 10%, 25%, 50%, 75% or more compared to a corresponding untreated control tissue or organ. To do. In yet another embodiment, the method causes the biological activity of the tissue or organ to be at least about 5%, 10%, 25%, 50%, 75% or more relative to a corresponding untreated control tissue or organ. To increase. In yet another embodiment, the method causes angiogenesis in the tissue or organ to be at least about 5%, 10%, 25%, 50%, 75% or more relative to a corresponding untreated control tissue or organ. To increase. In yet another embodiment, the cells are administered directly to the subject at the site where an increase in cell number is desired.
本発明はさらに、本明細書に記載した方法により得られた様々な細胞を用いることにより作用物質、化合物、医薬、毒物などの生理学的機能または毒性を評価するための方法を提供する。 The present invention further provides methods for assessing the physiological function or toxicity of agents, compounds, pharmaceuticals, toxicants, etc. by using various cells obtained by the methods described herein.
4種の転写因子、Oct4、Sox2、Klf4およびcMycの異所発現により体細胞をES様状態に初期化して、誘導多能性幹細胞(iPSC)を作出することができる。本発明によれば、細胞のマイクロRNAはiPSC生成を調節することとなる。重要なマイクロRNA経路タンパク質のノックダウンにより初期化効率の著しい低下がもたらされ得る。3種のマイクロRNAクラスター、miR−17〜92、106b〜25および106a〜363は、初期化の初期段階中に高度に誘導されることが示されている。非常に類似したシード領域を有するいくつかのマイクロRNA(miR−93およびmiR−106bを含む)は、iPSC誘導を大幅に増強し、これらのマイクロRNAの阻害により初期化効率が著しく低下した。さらに、miR−iPSCクローンは完全初期化状態に到達し得る。本発明によれば、Tgfbr2およびp21は、これらのマイクロRNAにより直接ターゲッティングされることとなり、両遺伝子のsiRNAノックダウンによりiPSC誘導が実際に増強されることとなる。また、本発明によれば、miR−93およびそのファミリーメンバーはTGF−β受容体IIを直接ターゲッティングして、iPSC初期化を促進することとなる。本発明によれば、マイクロRNAは初期化プロセスにおいて作用することとなり、細胞中のマイクロRNAレベルをモジュレートすることによりiPSC誘導効率は大幅に高められ得ることとなる。 Somatic cells can be initialized to an ES-like state by ectopic expression of four transcription factors, Oct4, Sox2, Klf4 and cMyc, to generate induced pluripotent stem cells (iPSCs). According to the present invention, cellular microRNAs will regulate iPSC production. Knockdown of important microRNA pathway proteins can lead to a significant decrease in reprogramming efficiency. Three microRNA clusters, miR-17-92, 106b-25, and 106a-363 have been shown to be highly induced during the early stages of reprogramming. Several microRNAs with very similar seed regions (including miR-93 and miR-106b) greatly enhanced iPSC induction and inhibition of these microRNAs significantly reduced reprogramming efficiency. Furthermore, miR-iPSC clones can reach a fully initialized state. According to the present invention, Tgfbr2 and p21 will be directly targeted by these microRNAs, and siPS knockdown of both genes will actually enhance iPSC induction. Also according to the present invention, miR-93 and its family members will directly target TGF-β receptor II to promote iPSC reprogramming. According to the present invention, microRNA will act in the reprogramming process, and iPSC induction efficiency can be greatly enhanced by modulating the microRNA level in the cell.
誘導多能性幹細胞(iPSC)はオーダーメイド再生医療に大いに有望であるが、初期化の分子基盤は大部分が不明である。細胞同一性を維持する障壁を克服することが分化した細胞の初期化における重要な段階である。マイクロRNA(miRNA)は標的遺伝子を組織特異的にモジュレートするため、本発明によれば、異なるマウス胚性繊維芽細胞(MEF)濃縮miRNAは、初期化障壁として働くタンパク質を転写後にモジュレートすることとなる。これらのmiRNAの阻害は、細胞シグナル伝達に影響を及ぼして、それらの障壁を低くするはずである。本発明によれば、miR−21およびmiR−29aの枯渇によりMEFにおける初期化効率が高まることとなる。本発明によれば、p53およびERK1/2の経路はmiR−21およびmiR−29aによって調節され、初期化において作用することとなる。さらに、本発明によれば、c−Mycは、MEFで濃縮されたmiRNA(miR−21およびmiR−29aなど)を抑制することにより初期化をある程度まで促進することとなる。本発明は、iPSC初期化に関与する複数のシグナル伝達ネットワークの調節におけるmiRNA機能を提供する。 Induced pluripotent stem cells (iPSC) are very promising for tailor-made regenerative medicine, but the molecular basis of reprogramming is largely unknown. Overcoming barriers that maintain cell identity is an important step in reprogramming differentiated cells. Since microRNA (miRNA) modulates target genes in a tissue-specific manner, according to the present invention, different mouse embryonic fibroblast (MEF) enriched miRNAs modulate proteins that act as reprogramming barriers after transcription. It will be. Inhibition of these miRNAs should affect cell signaling and lower their barriers. According to the present invention, the initialization efficiency in MEF is increased by depletion of miR-21 and miR-29a. According to the present invention, the p53 and ERK1 / 2 pathways are regulated by miR-21 and miR-29a and will act in reprogramming. Furthermore, according to the present invention, c-Myc promotes initialization to some extent by suppressing miRNAs concentrated with MEF (such as miR-21 and miR-29a). The present invention provides miRNA function in the regulation of multiple signaling networks involved in iPSC reprogramming.
C−Mycは、4種の初期化因子(4F:Oct3/4、Sox2、Klf4およびc−Myc)のうちの1つであり、細胞増殖および腫瘍発生において重要な役割を果たす。C−Mycは、サイクリン依存性キナーゼ(CDK)阻害剤p21Cip1の抑制を通じて細胞性塞栓およびアポトーシスの重要なレギュレーターである。Miz−1機能を無効にし、p15INK4bを抑制することにより、c−Mycは、初代細胞の不死化において重要な役割を果たす。c−Mycの多くの転写機能はMaxまたはMiz−1との協同作用を必要とする。原癌遺伝子としてのc−Mycは初期化効率を大幅に高めるが、初期化では重要でない。従って、初期化中のc−Mycの下流の分子経路を定義することにより初期化効率を損なうことなくiPS細胞の治療用途を増すことができる。 C-Myc is one of four reprogramming factors (4F: Oct3 / 4, Sox2, Klf4 and c-Myc) and plays an important role in cell proliferation and tumorigenesis. C-Myc is an important regulator of cellular emboli and apoptosis through suppression of the cyclin dependent kinase (CDK) inhibitor p21 Cip1 . By disabling Miz-1 function and suppressing p15 INK4b , c-Myc plays an important role in the immortalization of primary cells. Many transcriptional functions of c-Myc require cooperation with Max or Miz-1. Although c-Myc as a proto-oncogene greatly enhances initialization efficiency, it is not important for initialization. Therefore, defining the molecular pathway downstream of c-Myc during reprogramming can increase the therapeutic use of iPS cells without compromising reprogramming efficiency.
Oct4−GFPマウス胚性繊維芽細胞(MEF)は、D13.5に、pou5f1の停止コドンの下流にIRES−EGFP融合カセットを有するマウス(Jackson lab、ストック番号008214)から得られる。これらのMEFは、10%FBS(Invitrogen)とグルタミンおよびNEAAとを含有するDMEM(Invitrogen、11995−065)で培養される。iPSC誘導では、0〜4代継代のMEFだけを用いる。
Oct4-GFP mouse embryonic fibroblasts (MEF) are obtained from mice (Jackson lab, stock number 008214) with an IRES-EGFP fusion cassette at D13.5, downstream of the stop codon of pou5f1. These MEFs are cultured in DMEM (Invitrogen, 119905-065) containing 10% FBS (Invitrogen), glutamine and NEAA. In iPSC induction, only MEFs from
C−Mycは、マイクロRNA(miRNA)発現を調節することによってES細胞再生を維持するように働く側面があると報告されている。マイクロRNAは、22−ヌクレオチドの非コード低分子RNAであり、RNA誘導サイレンシング複合体(RISC)に装入され、全体的な遺伝子サイレンシング機能を発揮する。miR−141、miR−200およびmiR−429の発現はES細胞においてc−Mycにより誘導され、分化に拮抗する。C−Mycはまた、miR−17〜92マイクロRNAクラスターをアップレギュレートすることによりまたは既知腫瘍抑制遺伝子(let−7ファミリー、miR−15a/16−1、miR−29ファミリーおよびmiR−34aなど)を抑制することにより腫瘍形成も促進する。 C-Myc has been reported to have aspects that serve to maintain ES cell regeneration by regulating microRNA (miRNA) expression. MicroRNAs are 22-nucleotide non-coding small RNAs that are loaded into an RNA-induced silencing complex (RISC) and perform overall gene silencing functions. The expression of miR-141, miR-200 and miR-429 is induced by c-Myc in ES cells and antagonizes differentiation. C-Myc can also upregulate miR-17-92 microRNA clusters or by known tumor suppressor genes (such as the let-7 family, miR-15a / 16-1, miR-29 family and miR-34a) Tumor formation is also promoted by suppressing.
体細胞同一性を固定する、Ink4−Arf、p53およびp21などの因子により媒介される障壁を克服することは、初期化における律速段階である。miRNAは標的遺伝子を組織特異的にモジュレートするため、本発明によれば、異なるMEF miRNAは、初期化レギュレーターとして働くタンパク質を転写後にモジュレートすることとなる。これらのmiRNAの阻害により、細胞シグナル伝達に影響を及ぼして、それらの障壁を低くすることができる。 Overcoming barriers mediated by factors such as Ink4-Arf, p53 and p21 that fix somatic identity is the rate-limiting step in reprogramming. Because miRNAs modulate target genes in a tissue-specific manner, according to the present invention, different MEF miRNAs will modulate proteins that act as reprogramming regulators after transcription. Inhibition of these miRNAs can affect cell signaling and lower their barriers.
本発明によれば、MEFにおいて豊富なmiRNA(miR−21およびmiR−29a)の枯渇により初期化効率が約2.1倍〜2.8倍高まることとなる。また、本発明によれば、c−MycはmiRNA(miR−21およびmiR−29a)を抑制して、MEFの初期化を促進することとなる。さらに、本発明によれば、miR−21およびmiR−29aは、初期化プロセス中にp53レベルおよびERK1/2リン酸化を間接的にダウンレギュレートすることによりp53およびERK1/2の経路を調節することとなる。 According to the present invention, depletion of abundant miRNAs (miR-21 and miR-29a) in MEF increases the initialization efficiency by about 2.1 to 2.8 times. Moreover, according to the present invention, c-Myc suppresses miRNA (miR-21 and miR-29a) and promotes initialization of MEF. Furthermore, according to the present invention, miR-21 and miR-29a regulate the p53 and ERK1 / 2 pathways by indirectly down-regulating p53 levels and ERK1 / 2 phosphorylation during the reprogramming process. It will be.
次の実施例を示して、本発明の実施形態をさらに説明するが、それらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。それらの実施例は用いられる可能性のある典型的なものであるが、当業者に公知の他の手順、方法論または技術を代わりに用いてもよい。 The following examples are provided to further illustrate the embodiments of the present invention but are not intended to limit the scope of the invention. While these examples are typical of those that may be used, other procedures, methodologies, or techniques known to those skilled in the art may be used instead.
実施例1
細胞培養物、ベクターおよびウイルス形質導入
Oct4−GFPマウス胚性繊維芽細胞(MEF)は、D13.5に、pou5f1の停止コドンの下流にIRES−EGFP融合カセットを有するマウス(Jackson lab、ストック番号008214)から得られる。これらのMEFは、10%FBS(Invitrogen)とグルタミンおよびNEAAとを含有するDMEM(Invitrogen、11995−065)で培養される。iPSC誘導では、0〜4代継代のMEFだけを用いる。
Example 1
Cell cultures, vectors and virus-transduced Oct4-GFP mouse embryonic fibroblasts (MEFs) are mice that have an IRES-EGFP fusion cassette at D13.5, downstream of the stop codon of pou5f1 (Jackson lab, stock no. 008214). ) These MEFs are cultured in DMEM (Invitrogen, 119905-065) containing 10% FBS (Invitrogen), glutamine and NEAA. In iPSC induction, only MEFs from
プラスミドpMXs−Oct4、Sox2、Klf4およびcMycはAddgeneから購入する。プラスミドpMX−HA−p21は、N末端タグ付きp21をpMXベクターのEcoRI部位に挿入することにより生成する。pLKO−shRNAのクローンはOpen-Biosystemsから購入する。 Plasmids pMXs-Oct4, Sox2, Klf4 and cMyc are purchased from Addgene. Plasmid pMX-HA-p21 is generated by inserting N-terminal tagged p21 into the EcoRI site of the pMX vector. pLKO-shRNA clones are purchased from Open-Biosystems.
レトロウイルスを生成するために、PLAT−E細胞を10cmプレートに播種し、翌日Lipofectamine(商標)(Invitrogen、18324−012)およびPLUS(商標)(Invitrogen、11514−015)を用いて各因子9μgをトランスフェクトする。ウイルスを採取し、2日後に合わせる。iPSC誘導では、MEFを12ウェルプレートに播種し、翌日4種の因子ウイルスを4μg/mlポリブレンとともに形質導入する。形質導入の1日後、培地を新鮮なMEF培地に換え、3日後にLIF(Millipore、ESG1107)を補給したmES培養培地に替える。形質導入後14日目からGFP+コロニーを採取し、拡大に成功したクローンを、15%FBS(Hyclone)とLIF、チオグリセロール、グルタミンおよびNEAAとを含有するDMEMで培養した。照射CF1 MEFをmESおよび得られたiPSCクローンの培養用のフィーダー細胞層として用いる。 To generate retrovirus, PLAT-E cells were seeded in 10 cm plates and the next day using 9 μg of each factor using Lipofectamine ™ (Invitrogen, 18324-012) and PLUS ™ (Invitrogen, 11514-015). Transfect. Virus is collected and combined after 2 days. For iPSC induction, MEF is seeded in a 12-well plate and the following day, 4 factor viruses are transduced with 4 μg / ml polybrene. One day after transduction, the medium is replaced with fresh MEF medium and three days later with mES culture medium supplemented with LIF (Millipore, ESG1107). On day 14 after transduction, GFP + colonies were picked and clones that were successfully expanded were cultured in DMEM containing 15% FBS (Hyclone) and LIF, thioglycerol, glutamine, and NEAA. Irradiated CF1 MEF is used as a feeder cell layer for culturing mES and the resulting iPSC clones.
shRNAレンチウイルスを生成するために、shRNAレンチウイルスベクターを293FT細胞にpPACKH1パッケージングシステム(SBI、カタログ番号LV500A−1)とともに共トランスフェクトする。トランスフェクション後2日目にレンチウイルスを採取し、室温で4,000rpmで5分間遠心分離する。ウイルスを生産するために、10cm組織培養プレートで4μgのpLKOまたはpGIPZベクターおよび10μgのパッケージングミックスを293FT細胞(Invitrogen)にトランスフェクトした。トランスフェクションの2日後に、ウイルスを含有する上清を採取し、4μg/μlポリブレンとのさらなる形質導入に用いた。ShRNAウイルスを4種の因子ウイルスとともに体積比1:1:1:1:1で加える。 To generate the shRNA lentivirus, the shRNA lentiviral vector is co-transfected into 293FT cells with the pPACKH1 packaging system (SBI, catalog number LV500A-1). On the second day after transfection, lentivirus is collected and centrifuged at 4,000 rpm for 5 minutes at room temperature. To produce virus, 293FT cells (Invitrogen) were transfected with 4 μg pLKO or pGIPZ vector and 10 μg packaging mix in 10 cm tissue culture plates. Two days after transfection, the supernatant containing the virus was collected and used for further transduction with 4 μg / μl polybrene. ShRNA virus is added with the four factor viruses in a 1: 1: 1: 1: 1 volume ratio.
マイクロRNA、siRNAおよびMEFのトランスフェクションは次のとおり行う:マイクロRNAミミックおよび阻害剤、siRNAはDharmaconから購入する。MEFをトランスフェクトするために、マイクロRNAミミックをOpti−MEM(Invitrogen、11058−021)で所望の終濃度に希釈する。次いで、その混合物にLipofectamine(商標)2000(Invitrogen、11668−019)を2μl/ウェルで加え、室温で20分インキュベートする。12ウェルトランスフェクションでは、80μlのmiR混合物を、320μlのOpti−MEMが入った各ウェルに加える。3時間後に、各ウェルに0.8mlのウイルス混合物(iPSCの場合)または新鮮培地を加え、翌日その培地を新鮮なMEF培地に換える。 Transfection of microRNA, siRNA and MEF is performed as follows: microRNA mimics and inhibitors, siRNA are purchased from Dharmacon. To transfect the MEF, the microRNA mimic is diluted with Opti-MEM (Invitrogen, 11058-021) to the desired final concentration. Lipofectamine ™ 2000 (Invitrogen, 11668-019) is then added to the mixture at 2 μl / well and incubated for 20 minutes at room temperature. For 12 well transfection, 80 μl of miR mix is added to each well containing 320 μl of Opti-MEM. After 3 hours, 0.8 ml of virus mix (for iPSC) or fresh medium is added to each well and the medium is replaced with fresh MEF medium the next day.
ウエスタンブロッティングは次のとおり行う:全細胞溶解物を、MPERバッファー(PIERCE、78503)を氷上で20分間用いて調製し、13,000rpmで10分間遠心分離することにより清澄にする。10%SDS−PAGEゲル中に同量の溶解物をローディングし、セミドライ式システム(Bio-Rad)を用いてタンパク質をPVDF膜(Bio-Rad、1620177)に転写する。次いで、PVDF膜を、TBST中5%ミルクにより室温で少なくとも1時間または4℃で一晩ブロッキングする。 Western blotting is performed as follows: Whole cell lysate is prepared using MPER buffer (PIERCE, 78503) on ice for 20 minutes and clarified by centrifugation at 13,000 rpm for 10 minutes. The same amount of lysate is loaded into a 10% SDS-PAGE gel and the protein is transferred to a PVDF membrane (Bio-Rad, 1620177) using a semi-dry system (Bio-Rad). The PVDF membrane is then blocked with 5% milk in TBST for at least 1 hour at room temperature or overnight at 4 ° C.
使用する抗体には、抗p21(BD、556430)、抗mNanog(R&D、AF2729)、抗h/mSSEA1(R&D、MAB2156)、抗HA(Roche、11867423001)、抗mAgo2(Wako、01422023)、抗Dicer(Abcam、ab13502)、抗Drosha(Abcam、ab12286)、抗アクチン(Thermo、MS1295P0)、抗AFP(Abcam、ab7751)、抗βチュブリンIII(R&D systems、MAB1368)、抗αアクチニン(Sigma、A7811)を含む。 The antibodies used include anti-p21 (BD, 556430), anti-mNanog (R & D, AF2729), anti-h / mSSEA1 (R & D, MAB2156), anti-HA (Roche, 118674233001), anti-mAgo2 (Wako, 01422023), anti-Dicer. (Abcam, ab13502), anti-Drosha (Abcam, ab12286), anti-actin (Thermo, MS1295P0), anti-AFP (Abcam, ab7751), anti-β tubulin III (R & D systems, MAB1368), anti-α-actinin (Sigma, A7811) Including.
mRNAおよびマイクロRNAのRTおよび定量PCRは次のとおり行う:トータルRNAをTrizol法(Invitrogen)により抽出する。抽出後、1μgのトータルRNAを、スーパースクリプトII(商標)(Invitrogen)によるRTに用いる。定量PCRは、Roche LightCycler480 II(商標)およびAbgeneのSybrgreen混合物(Ab−4166)を用いることにより行う。マウスAgo2、Dicer、Drosha、Graphおよびp21のプライマーを下の表1に記載する。他のプライマーは、Takahashi, K. and S. Yamanaka (2006) Cell 126(4): 663-76に記載されている。 RT and quantitative PCR of mRNA and microRNA is performed as follows: Total RNA is extracted by the Trizol method (Invitrogen). After extraction, 1 μg of total RNA is used for RT with Superscript II ™ (Invitrogen). Quantitative PCR is performed by using Roche LightCycler 480 II ™ and Abgene's Sybrgreen mixture (Ab-4166). The primers for mouse Ago2, Dicer, Drosha, Graph and p21 are listed in Table 1 below. Other primers are described in Takahashi, K. and S. Yamanaka (2006) Cell 126 (4): 663-76.
マイクロRNAの定量解析では、トータルRNAを、上に記載した方法を用いて抽出する。抽出後、1.5〜3μgのトータルRNAを、QuantiMir(商標)キット(SBI、RA420A−1)を用い製造業者のプロトコールに従うマイクロRNA逆転写に用いる。次いで、RT産物を、正方向プライマーとしての成熟マイクロRNA配列およびキットで提供されるユニバーサルプライマーを用いる定量PCRに用いる。 For quantitative analysis of microRNA, total RNA is extracted using the method described above. After extraction, 1.5-3 μg of total RNA is used for microRNA reverse transcription using the QuantMir ™ kit (SBI, RA420A-1) according to the manufacturer's protocol. The RT product is then used for quantitative PCR using the mature microRNA sequence as the forward primer and the universal primer provided in the kit.
免疫染色は次のとおり行う:細胞をPBSで2回洗浄し、4%パラホルムアルデヒドにより室温で20分間固定する。固定した細胞を0.1%Triton X−100により5分間透過処理する。次いで、それらの細胞を、0.1%Triton X−100を含有するPBS中5%BSAにより室温で1時間ブロッキングする。一次抗体を、製造業者の提示に従って、0.1%Triton X−100を含有する2.5%BSA PBSにより1:100〜1:400に希釈する。次いで、一次抗体で細胞を1時間染色し、その後、PBSで3回洗浄する。二次抗体を1:400希釈し、室温で45分間細胞を染色する。 Immunostaining is performed as follows: Cells are washed twice with PBS and fixed with 4% paraformaldehyde for 20 minutes at room temperature. Permeabilize the fixed cells with 0.1% Triton X-100 for 5 minutes. The cells are then blocked for 1 hour at room temperature with 5% BSA in PBS containing 0.1% Triton X-100. The primary antibody is diluted 1: 100 to 1: 400 with 2.5% BSA PBS containing 0.1% Triton X-100 according to the manufacturer's recommendations. The cells are then stained with the primary antibody for 1 hour and then washed 3 times with PBS. Secondary antibody is diluted 1: 400 and cells are stained for 45 minutes at room temperature.
胚様体(EB)形成および分化のアッセイは次のとおり行う:iPS細胞をトリプシン処理して単一の細胞懸濁液にし、懸滴法を用いて胚体を生成する。各液滴には、20μlのEB分化培地中4000個のiPS細胞を用いる。EBを3日間懸滴培養した後、ゼラチンコーティングプレートに再播種する。再播種後、収縮を繰り返す領域がはっきりと確認される14日目まで細胞をさらに培養する。 Embryoid body (EB) formation and differentiation assays are performed as follows: iPS cells are trypsinized into a single cell suspension and embryonic bodies are generated using the hanging drop method. Each drop uses 4000 iPS cells in 20 μl EB differentiation medium. EBs are cultured in hanging drops for 3 days and then replated on gelatin-coated plates. After reseeding, the cells are further cultured until day 14 when regions of repeated contraction are clearly identified.
(表1)qPCR解析用プライマー
(Table 1) Primers for qPCR analysis
プロモーターメチル化解析は次のとおり行う:NanogおよびPou5f1プロモーターのCpGメチル化を、これまでに記載されている同じ手法に従って解析する(Takahashi, K. and S. Yamanaka (2006) Cell 126(4): 663-76)。簡潔には、得られたクローンのゲノムDNAを、Qiagen(商標)キットを用いて抽出する。次いで、1μgのDNAを、製造業者のプロトコールに従うゲノム修飾解析(EZ DNA Methylation−Direct kit、Zymo Research、D5020)に用いる。修飾後、選択した領域のPCRを行い、それらの産物をpCR2.1−TOPO(商標)(Invitrogen)にクローニングする。各遺伝子について10のクローンを配列決定する。 Promoter methylation analysis is performed as follows: CpG methylation of Nanog and Pou5f1 promoters is analyzed according to the same procedure described previously (Takahashi, K. and S. Yamanaka (2006) Cell 126 (4): 663-76). Briefly, the genomic DNA of the resulting clone is extracted using a Qiagen ™ kit. 1 μg of DNA is then used for genome modification analysis following the manufacturer's protocol (EZ DNA Methylation-Direct kit, Zymo Research, D5020). After modification, PCR of selected regions is performed and the products are cloned into pCR2.1-TOPO ™ (Invitrogen). Ten clones are sequenced for each gene.
実施例2
奇形腫形成、キメラ作製およびマイクロアレイ解析
奇形腫形成およびキメラ作製は次のとおり行う:奇形腫を生成するために、iPS細胞をトリプシン処理し、濃度1×107細胞/mlで再懸濁する。無胸腺ヌードマウスにまずアベルチンで麻酔をかけ、次いで、およそ150μlの細胞懸濁液を各マウスに注射する。3〜4週間、週1回マウスを腫瘍について調べる。腫瘍を採取し、パラフィン包理およびH&E染色の前に亜鉛ホルマリン溶液により室温で24時間固定する。得られたiPSCクローンがキメラに寄与する能力を試験するために、iPS細胞をC57BL/6J−Tyr(C−2J)/J(アルビノ)胚盤胞に注射する。一般的に、各胚盤胞は12〜18個のiPS細胞を受ける。胚移植にはICRレシピエント雌を用いる。ドナーiPS細胞はアグーチまたは黒色のいずれかである。
Example 2
Teratoma formation, chimera generation and microarray analysis Teratoma formation and chimera generation are performed as follows: To generate teratomas, iPS cells are trypsinized and resuspended at a concentration of 1 × 10 7 cells / ml. Athymic nude mice are first anesthetized with avertin and then approximately 150 μl of cell suspension is injected into each mouse. Mice are examined for tumors once a week for 3-4 weeks. Tumors are harvested and fixed with zinc formalin solution at room temperature for 24 hours prior to paraffin embedding and H & E staining. To test the ability of the resulting iPSC clone to contribute to the chimera, iPS cells are injected into C57BL / 6J-Tyr (C-2J) / J (albino) blastocysts. Generally, each blastocyst receives 12-18 iPS cells. ICR recipient females are used for embryo transfer. Donor iPS cells are either agouti or black.
mRNA マイクロアレイ解析を次のとおり行う:miR−93およびsiControlをMEFにトランスフェクトし、トランスフェクションの48時間後にトータルRNAを採取する。mRNAマイクロアレイをサンフォード・バーナム研究所(Sanford-Burnham institute)内のマイクロアレイ施設により実施する。潜在的機能標的(変化倍率>2、p<0.05)および全標的(変化倍率>25%、p<0.05)の両方についての遺伝子一覧表を、ボルカノマップ(volcano maps)でフィルタリングすることにより作成する。次いで、遺伝子一覧表を、GeneGoソフトウェアを用いその会社のガイドラインに従うオントロジー解析に用いる。 mRNA microarray analysis is performed as follows: miR-93 and siControl are transfected into MEF and total RNA is harvested 48 hours after transfection. The mRNA microarray is performed at a microarray facility within the Sanford-Burnham institute. Filter gene listings for both potential functional targets (magnification> 2, p <0.05) and all targets (magnification> 25%, p <0.05) with volcano maps. Create by. The gene listing is then used for ontology analysis using GeneGo software and following the company guidelines.
デュアルルシフェラーゼアッセイは次のとおり行う:p21およびTgfbr2両方の3'UTRを、pGL3対照ベクターのXbaI部位にクローニングする。12ウェルプレートの各ウェルに、200ngの得られたベクターおよび50ngのpRL−TK(ウミシイタケルシフェラーゼ)を、トランスフェクションの1日前に播種した1×105個のHela細胞にトランスフェクトする。各処理に50nMのマイクロRNAを用い、トランスフェクション後2日目に細胞溶解物を採取する。次いで、20μlの溶解物を、製造業者のプロトコール(Dual−Luciferase(登録商標)Reporter Assay System Promega、E1910)に従うデュアルルシフェラーゼアッセイに用いる。 The dual luciferase assay is performed as follows: The 3′UTR of both p21 and Tgfbr2 is cloned into the XbaI site of the pGL3 control vector. Each well of a 12-well plate is transfected with 200 ng of the resulting vector and 50 ng of pRL-TK (Renilla luciferase) to 1 × 10 5 Hela cells seeded one day prior to transfection. Cell lysates are harvested 2 days after transfection using 50 nM microRNA for each treatment. 20 μl of the lysate is then used in a dual luciferase assay according to the manufacturer's protocol (Dual-Luciferase® Reporter Assay System Promega, E1910).
細胞増殖アッセイは次のとおり行う:3000個のMEFを96ウェルプレートの各ウェルに播種し、4FウイルスおよびshRNAレンチウイルスを形質導入する(またはマイクロRNA阻害剤でトランスフェクトする)。形質導入/トランスフェクション後1日目から、2日おきに、細胞をCelltiter 96 Aqueous one Solution(Promega、G3580)を含有するmES培地とともに組織培養インキュベーター中で1時間インキュベートする。次いで、490nmでの吸光度を各ウェルについてプレートリーダーを使用して測定し、収集データを用いて相対的増殖曲線を作成し、形質導入/トランスフェクション後1日目のシグナルを標準として用いる。
The cell proliferation assay is performed as follows: 3000 MEFs are seeded into each well of a 96 well plate and transduced with 4F virus and shRNA lentivirus (or transfected with a microRNA inhibitor). From
実施例3
転写後調節経路は体細胞の初期化に関与する
転写後調節経路は、MEFのiPS細胞への初期化に関与することが確認された。iPSC誘導中の転写後遺伝子調節の役割を調査するために、マウスDicer、DroshaおよびAgo2をターゲッティングするレンチウイルスshRNAベクターを、初代Oct4−GFP MEFにおける安定なノックダウンに用いる。これらのshRNA構築物のノックダウン効率をウエスタンおよびRT−qPCRの両方により検証する(図1a、図1bおよび図1c)。各shRNAではおよそ70%〜80%のmRNAレベルノックダウンが常に観察され、タンパク質レベルの著しい低下も観察される。
Example 3
It was confirmed that the post-transcriptional regulatory pathway is involved in reprogramming somatic cells, and that the post-transcriptional regulatory pathway is involved in the initialization of MEF into iPS cells. To investigate the role of post-transcriptional gene regulation during iPSC induction, lentiviral shRNA vectors targeting mouse Dicer, Drosha and Ago2 are used for stable knockdown in the primary Oct4-GFP MEF. The knockdown efficiency of these shRNA constructs is verified by both Western and RT-qPCR (FIGS. 1a, 1b and 1c). Approximately 70% to 80% mRNA level knockdown is always observed with each shRNA, and a significant reduction in protein levels is also observed.
次いで、shRNAを個別に用いて、MEFを4種の因子OSKM(Oct4、Sox2、Klf4およびcMyc)を発現するウイルスとともに体積比1:1:1:1:1で形質導入する(tranduce)。14日後に、コロニーを固定し、アルカリ性ホスファターゼ(AP)活性(これは広く用いられているES細胞マーカーである)について染色する。各処理についてAP+コロニーを定量し、重要なRNAi機構タンパク質Dicer、DroshaおよびAgo2のノックダウンによりAP+コロニーがpLKOおよびpGIPZ対照と比べて劇的に減少する。OSK(3種の因子 3F)形質導入を用いることによっても類似した結果が観察される。
The shRNA is then used separately to transduce MEF with a virus expressing the four factors OSKM (Oct4, Sox2, Klf4 and cMyc) at a volume ratio of 1: 1: 1: 1: 1. After 14 days, colonies are fixed and stained for alkaline phosphatase (AP) activity, which is a widely used ES cell marker. AP + colonies are quantified for each treatment, and knockdown of the key RNAi machinery proteins Dicer, Drosha and Ago2 dramatically reduces AP + colonies compared to pLKO and pGIPZ controls. Similar results are observed using OSK (3
GFP+およびAP+コロニーの両方の定量では、Ago2のノックダウンは初期化効率を劇的に低下させるが、一方、形質導入繊維芽細胞の増殖には影響を及ぼさないことが確認された。(図1d、図1eおよび図1f)。Ago2ノックダウンにより初期化効率が低下するにもかかわらず、shAgo2でのいくつかのGFP+コロニーは感染MEFであり、さらなる特性評価では、これらのコロニーはshRNA組込みについて陽性でありそこではshRNAが活発に発現されることが判明した(図13aおよび図13b)。これらの細胞はまた、試験したES特異的マーカー全てを発現するが、内因性Oct4遺伝子座で示した(図13c)。これらのデータは、転写後調節、とりわけ、マイクロRNAが初期化プロセスにおいて重要な役割を果たすことを強く示唆している。 Quantification of both GFP + and AP + colonies confirmed that Ago2 knockdown dramatically reduced reprogramming efficiency while not affecting the growth of transduced fibroblasts. (FIGS. 1d, 1e and 1f). Despite reduced initialization efficiency due to Ago2 knockdown, some GFP + colonies with shAgo2 are infected MEFs, and in further characterization these colonies are positive for shRNA integration, where shRNA is actively It was found to be expressed (FIGS. 13a and 13b). These cells also expressed all of the ES-specific markers tested, but displayed at the endogenous Oct4 locus (FIG. 13c). These data strongly suggest that post-transcriptional regulation, especially microRNAs, play an important role in the reprogramming process.
実施例4
マイクロRNAクラスターは体細胞の初期化中に誘導される
マイクロRNA miR−17、25、106aおよび302bクラスターは初期化の初期段階中に誘導されることが判明している。4種の転写因子はiPSC誘導中に多くの遺伝子発現変化を誘導するため、これらの因子によっていくつかのES特異的マイクロRNAが誘導され、そして、これらの因子がMEFの初期化の成功を手助けし得ると推測される。iPSC誘導を増強するES特異的マイクロRNAに関する最新の刊行物でも、その仮説が裏付けられているが、報告されているマイクロRNAは初期化の極めて終わりに近い段階まで発現が見出されなかった。公表されている結果を解析することにより、解析には、マウスES細胞において高度に発現されると判明している9種のマイクロRNAクラスターを選択し、それらを表2に示す。
Example 4
MicroRNA clusters are induced during somatic cell reprogramming It has been found that microRNA miR-17, 25, 106a and 302b clusters are induced during the early stages of reprogramming. Since the four transcription factors induce many gene expression changes during iPSC induction, these factors induce several ES-specific microRNAs and these factors help in the successful initialization of MEF I guess it can. Although the latest publications on ES-specific microRNAs that enhance iPSC induction support the hypothesis, the reported microRNAs were not found until very near the end of reprogramming. By analyzing the published results, nine microRNA clusters known to be highly expressed in mouse ES cells were selected for analysis and are shown in Table 2.
各クラスターからの2種の代表的なマイクロRNAを、miR qPCRに基づく方法を用いて評価して、異なる初期化段階(OSKM因子の形質導入後0日目、4日目、8日目および12日目を含む)における発現変化を定量する。多くのES特異的マイクロRNA(miR−290クラスターおよびmiR−293クラスターなど)は、8日目まで誘導されず(図14)、この段階においてGFP+コロニーはすでに検出できる。いくつかの他のマイクロRNAクラスター(miR−17〜92、25〜106b、106a〜363および302b〜367を含む)は、4種の因子の形質導入後4日目までに様々な程度に発現される(図2a)。これらの4種のマイクロRNAクラスターの間では、MEFにおけるmiR−302b〜367のレベルが最も低い。初期化4日目に高度に誘導される3種のクラスターの間では、一部に非常に類似したシード領域の共有があり(図2b)、それらが初期化において作用し、類似した遺伝子セットをターゲッティングすることができることを示唆している。
Two representative microRNAs from each cluster were evaluated using a miR qPCR-based method to determine different reprogramming stages (
(表2)iPSC実験に用いたマイクロRNAの一覧表
(Table 2) List of microRNAs used in iPSC experiments
次いで、4種の因子のどの因子がこれらのマイクロRNAの誘導に関与しているかを判定するために解析を行う。同じ用量の4種の因子の種々の組合せをMEFに形質導入することにより、miR qPCR解析のために感染後4日目にトータルRNAを採取する(図2c)。この解析により、cMyc単独でmiR−17〜92、miR−25〜106bおよびmiR−106a〜363クラスターの発現を誘導することができることが確認される。しかしながら、全ての場合において、4種の初期化因子全ての組合せがマイクロRNAクラスターの最も豊富な発現を誘導し、その強い発現は最大の初期化効率と相関している(図2c)。 An analysis is then performed to determine which of the four factors are involved in the induction of these microRNAs. Total RNA is harvested 4 days post-infection for miR qPCR analysis by transducing MEF with various combinations of four factors at the same dose (Figure 2c). This analysis confirms that cMyc alone can induce the expression of miR-17-92, miR-25-106b and miR-106a-363 clusters. However, in all cases, the combination of all four reprogramming factors induces the most abundant expression of the microRNA cluster, and its strong expression correlates with maximum reprogramming efficiency (FIG. 2c).
これらの結果により、3種のマイクロRNAクラスター(miR−17〜92、25〜106b、106a〜363を含む)は初期化の初期段階中に誘導されること、さらに、これらのマイクロRNAの発現は4種の因子組によって最も高度に誘導されるが、単一因子でも程度は劣るもののそれらの発現を誘導することができることが確認された。 These results indicate that three microRNA clusters (including miR-17-92, 25-106b, 106a-363) are induced during the early stages of initialization, and that the expression of these microRNAs is Although it was most highly induced by the four factor sets, it was confirmed that even a single factor could induce their expression to a lesser extent.
実施例5
マイクロRNAはiPSC誘導を増強する
マイクロRNA miR−93およびmiR−106bは、マウスiPSC誘導を増強することが判明している。確認されている4種のマイクロRNAクラスターは、類似したシード領域を有するいくつかのマイクロRNAを含むため、miR−106b〜25クラスターが3種のマイクロRNA(すなわち、miR−25、miR−93およびmiR−106b)を含むことからこのクラスターをさらに解析する。miR−93およびmiR−106bは同一シード領域を有し、両方とも4種の初期化因子によって高度に誘導される(図2a)。これらのマイクロRNAが初期化細胞で機能しているならば、そのプロセス中にこれらのマイクロRNAを導入することによりiPSC誘導の効率向上が期待されることとなる。
Example 5
MicroRNAs enhance iPSC induction MicroRNAs miR-93 and miR-106b have been found to enhance mouse iPSC induction. The four identified microRNA clusters contain several microRNAs with similar seed regions, so the miR-106b-25 cluster is composed of three microRNAs (ie, miR-25, miR-93 and This cluster is further analyzed since it contains miR-106b). miR-93 and miR-106b have the same seed region, and both are highly induced by four reprogramming factors (FIG. 2a). If these microRNAs function in reprogrammed cells, introduction of these microRNAs during the process would be expected to improve the efficiency of iPSC induction.
これらの誘導されたマイクロRNAの機能試験には、マイクロRNAミミックをMEFに直接トランスフェクトする戦略を用いる(図3a)。マイクロRNAを4種の因子(またはOSK)ウイルスとともに2回、0日目および5日目に導入し、内因性Oct4プロモーターの制御下でGFP発現するレポーターMEFを用いた。例えば、0日目および5日目に、マイクロRNAミミックを、4種の因子(4F、OSKM)全てまたは単独のOct4、Sox2およびKlf4(OSK)のいずれかを発現するベクターとともに、Oct−4−GFPを保有しているMEFに直接トランスフェクトし、GFP発現に基づいて初期化をアッセイする。これらの細胞がiPSCへの初期化に成功したら、それらはGFP陽性(+)となる。11日目頃にGFP+コロニーを定量して、初期化効率を評価する(図3b;表3)。実際には、miR−93およびmiR−106bミミックのトランスフェクションによって4F形質導入およびOSK形質導入の両方でGFP+コロニーの約4〜6倍増加となり(図3c)、iPSC誘導中に誘導されるこれらのマイクロRNAはMEF初期化を促進することが確認された。
The functional testing of these induced microRNAs uses a strategy of directly transfecting microRNA mimics into MEF (FIG. 3a). MicroRNAs were introduced twice with 4 factor (or OSK) viruses on
(表3)iPSC誘導に関するmiRによるGFP+コロニー数
* 12ウェルプレート(ゼラチンコーティング処理)に4x104個MEF/ウェル
(Table 3) Number of GFP + colonies by miR for iPSC induction
* 4x10 4 MEF / well in 12 well plate (gelatin coating)
用量依存実験は、5〜15nMの範囲ほどの低いmiRで初期化効率の向上が見られることを示している(図7)。コロニーをアルカリ性ホスファターゼ基質で染色すると、miRミミックトランスフェクションでのAP+コロニーの著しい増加はないようであり、miR−93およびmiR−106bはiPSCコロニーの成熟プロセスを促進することができることが示唆される。このことは、OSK系を用いて観察される現象(miRミミックトランスフェクト細胞ではOSK形質導入後15日目に多くのGFP+コロニーが現われるが、一方、対照ウェルではこの段階において成熟したiPSCコロニーを全く示さなかった)によっても裏付けられる。
Dose-dependent experiments show that initialization efficiency is improved with miRs as low as 5-15 nM (FIG. 7). When colonies are stained with alkaline phosphatase substrate, there appears to be no significant increase in AP + colonies with miR mimic transfection, suggesting that miR-93 and miR-106b can promote the maturation process of iPSC colonies. This is a phenomenon observed with the OSK system (in miR mimic-transfected cells, many GFP + colonies appear on
これらのマイクロRNAがiPSC誘導において重要であることを確認するために、miR阻害剤を用いて、そのプロセス中に標的とするマイクロRNAのノックダウンも行う。試験したmiR阻害剤の全ては標的miR発現を効率的に減少させることができ、それらのトランスフェクションは増殖に影響を及ぼさない(図16aおよび図16b)。miRミミック実験と一致して、miR−93およびmiR−106bのノックダウンによってGFP+コロニーの劇的な減少が促され得る(図3d)。miR−25ミミックはMEFのiPSC誘導を増強しないが、このマイクロRNAのノックダウンにより初期化効率が約40%低下し(図3d)、miR−25は初期化プロセス中にも作用し得ることが示唆される。対照として、Let7a阻害剤は、初期化効率に対していかなる影響も及ぼさなかった。これらのデータは、miR−93およびmiR−106bがMEFのiPSCへの初期化を促進することを強く示している。初期化効率は、iPSC誘導中にこれらのマイクロRNAをモジュレートすることによってさらに高め得る。 To confirm that these microRNAs are important in iPSC induction, miR inhibitors are also used to knock down targeted microRNAs during the process. All of the tested miR inhibitors can efficiently reduce target miR expression and their transfection does not affect proliferation (FIGS. 16a and 16b). Consistent with miR mimic experiments, knockdown of miR-93 and miR-106b can drive a dramatic decrease in GFP + colonies (FIG. 3d). Although miR-25 mimics do not enhance iPSC induction of MEF, knockdown of this microRNA reduces initialization efficiency by approximately 40% (FIG. 3d), and miR-25 may also act during the initialization process. It is suggested. As a control, the Let7a inhibitor did not have any effect on reprogramming efficiency. These data strongly indicate that miR-93 and miR-106b facilitate the initialization of MEF to iPSC. Initialization efficiency can be further increased by modulating these microRNAs during iPSC induction.
実施例6
マイクロRNAにより誘導されたクローンは完全な多能性を有する
誘導された細胞が完全な多能性状態に達するかどうかを調べるために、各マイクロRNAならびにmiR対照についていくつかのiPSCクローンを得、多能性マーカーの発現について解析する。全てのクローンはGFP+(再活性化されるOct4発現を示す)である。免疫染色により、NanogおよびSSEA1も全てのクローンにおいて活性化されることが確認された。他のmESマーカー(Eras、ECat Iおよび内因性(endogeneous)Oct4など)についてのRT−qPCRは類似した結果を示す。全ゲノムmRNA発現プロファイリングでも、得られたクローンがMEFよりもマウスES細胞に類似した遺伝子発現パターンを示すことを示す。内因性Nanog遺伝子座のプロモーターメチル化を解析し、試験したクローンは全て、マウスES細胞で観察されるように、脱メチル化プロモーターを示した(図17)。
Example 6
In order to investigate whether induced clones induced by microRNA reach full pluripotency state, obtain several iPSC clones for each microRNA as well as miR control, Analyzes the expression of pluripotency markers. All clones are GFP + (showing Oct4 expression to be reactivated). Immunostaining confirmed that Nanog and SSEA1 were also activated in all clones. RT-qPCR for other mES markers (such as Eras, ECat I and endogeneous Oct4) show similar results. Whole genome mRNA expression profiling also shows that the resulting clones show a gene expression pattern more similar to mouse ES cells than MEF. Promoter methylation at the endogenous Nanog locus was analyzed and all tested clones showed a demethylated promoter as observed in mouse ES cells (FIG. 17).
得られたクローンがmES細胞の完全分化能を示すかどうかを調査するために、胚様体(EB)形成を評価する。得られたクローンは全て、効率的なEB形成を示し、EBは系統マーカー(β−チュブリンIII(外胚葉)、AFP(内胚葉)およびα−アクチニン(中胚葉)など)について陽性染色を示す。これらの細胞から収縮を繰り返すEBも得られ、これは、これらのmiR−iPSCクローンから機能的な心筋細胞が誘導され得ることを示す。これらのmiR−iPSCを無胸腺ヌードマウスに注射すると、3〜4週間で奇形腫が容易に誘導される。最後に、より厳しい試験として、miRにより誘導されたiPSCクローンをアルビノ/黒色B6胚盤胞に注射し、キメラマウスを作製する。さらに、これらの細胞は、得られたE13.5胚の生殖隆起に寄与し得た。これらの結果は、初期化に対するmiR−93およびmiR−106bの促進作用は誘導された多能性細胞の分化能を変更しないこと、そして得られたクローンは3種の生殖細胞系全てに分化することができることを示す。 To investigate whether the resulting clones show full differentiation potential of mES cells, embryoid body (EB) formation is evaluated. All of the resulting clones show efficient EB formation, which shows positive staining for lineage markers such as β-tubulin III (ectoderm), AFP (endoderm) and α-actinin (mesoderm). EBs that repeat contraction are also obtained from these cells, indicating that functional cardiomyocytes can be derived from these miR-iPSC clones. When these miR-iPSCs are injected into athymic nude mice, teratomas are easily induced in 3-4 weeks. Finally, as a more stringent test, miR-induced iPSC clones are injected into albino / black B6 blastocysts to generate chimeric mice. Furthermore, these cells could contribute to the genital ridge of the resulting E13.5 embryo. These results indicate that the miR-93 and miR-106b promoting effect on reprogramming does not alter the differentiation potential of induced pluripotent cells and the resulting clones differentiate into all three germline types Show that you can.
実施例7
miR−93およびmiR−106bはマウスにおいてTgfbr2およびP21をターゲッティングする
miR−93およびmiR−106bによる初期化効率向上の基礎にある機構をさらに理解するために、これらのマイクロRNAの細胞標的を調査する。miR−93がmiR−106bと同じシード領域を共有することから、まず解析にそれを選択する。miR−93ミミックをMEFにトランスフェクトし、mRNA発現プロフィール解析のために2日目にトータルRNAを採取する。その解析は、公表されているMEFおよびiPSCの発現プロフィールと比べてmiR−93の潜在的機能標的を同定する。miR−93トランスフェクションにより著しく減少した遺伝子は、iPSCにおいて低度に発現される遺伝子の3倍の濃縮を示し(図18a)、一方、miR−93トランスフェクションにより増加した遺伝子はそのような濃縮を示さない。加えて、miR−93トランスフェクトMEFの発現プロフィールについて経路オントロジー解析を行う。興味深いことに、iPSC誘導の2つの重要な経路は、miR−93:TGF−βシグナル伝達経路およびG1/S移行経路により調節される。
Example 7
To further understand the mechanism underlying miR-93 and miR-106b- enhanced reprogramming efficiency that targets Tgfbr2 and P21 in mice, miR-93 and miR-106b investigate the cellular targets of these microRNAs . Since miR-93 shares the same seed region as miR-106b, it is first selected for analysis. miR-93 mimic is transfected into MEF and total RNA is collected on
TGF−βシグナル伝達では、miR−93トランスフェクションにより最も著しく減少した遺伝子の1つにTgfbr2がある。Tgfbr2は、TGF−βシグナル伝達において重要な役割を果たす構成的に活性な受容体キナーゼであり、最近の小分子スクリーニングにより、そのヘテロ二量体パートナーであるTgfbr1の阻害剤がiPSC誘導を増強することが示されている。マイクロRNA標的部位予測により、miR−93およびそのファミリーであるマイクロRNAでは2つの保存されたターゲッティング部位がその3'UTRに存在することが示されている。そのため、さらなる調査のために、miR−93が第1の標的候補として選択される。 In TGF-β signaling, one of the most markedly reduced genes by miR-93 transfection is Tgfbr2. Tgfbr2 is a constitutively active receptor kinase that plays an important role in TGF-β signaling and a recent small molecule screen enhances its heterodimeric partner, Tgfbr1, an inhibitor of iPSC It has been shown. MicroRNA target site prediction indicates that miR-93 and its family of microRNAs have two conserved targeting sites in their 3′UTR. Therefore, miR-93 is selected as the first target candidate for further investigation.
G1/S移行に関しては、ヒト固形腫瘍サンプル(乳房、結腸、腎臓、胃および肺)および胃癌細胞株における最近の結果により、miR−106b〜25クラスターは細胞周期調節因子(CDK阻害剤p21およびp57など)をターゲッティングすることができること、そしてヒトおよびマウスp21が3'UTRの保存されたmiR−93/106b標的部位を共有することが示されているため、潜在的標的としてp21が選択される。 Regarding G1 / S transition, recent results in human solid tumor samples (breast, colon, kidney, stomach and lung) and gastric cancer cell lines indicate that miR-106b-25 cluster is a cell cycle regulator (CDK inhibitors p21 and p57). P21 is selected as a potential target because it has been shown that human and mouse p21 share the conserved miR-93 / 106b target site of the 3′UTR.
さらに、マウスES細胞特異的マイクロRNAクラスター(miR−290およびmiR−293クラスターを含む)はまた、いくつかのG1−S期移行負調節因子(p21を含む)をターゲッティングすることも提示された。加えて、miR−290および293クラスターマイクロRNAはmiR−93およびmiR−106bと非常に類似したシード領域を共有する。そのため、p21も標的候補として解析する。さらに、p21は、iPSC誘導の初期段階中に4種の因子OSKMにより大幅に誘導される(図8a)。詳細な解析により、Oct4およびSox2の組合せはp21レベルの著しい変化を示さないため、p21の誘導が主にKlf4およびcMycの過剰発現によることが明らかになっている(図8a)。 In addition, mouse ES cell-specific microRNA clusters (including miR-290 and miR-293 clusters) have also been shown to target several G1-S phase transition negative regulators (including p21). In addition, miR-290 and 293 cluster microRNAs share a seed region very similar to miR-93 and miR-106b. Therefore, p21 is also analyzed as a target candidate. Furthermore, p21 is greatly induced by four factors OSKM during the initial stage of iPSC induction (FIG. 8a). Detailed analysis has revealed that the induction of p21 is mainly due to overexpression of Klf4 and cMyc, since the combination of Oct4 and Sox2 does not show significant changes in p21 levels (FIG. 8a).
マウスTgfbr2およびp21がmiR−93およびmiR−106bによってターゲッティングされるかどうかを確認するために、miRミミックをMEFにトランスフェクトし、48時間後にウエスタンブロッティングにより全細胞溶解物を解析する。実際には、miR−93およびmiR−106bは、Tgfbr2およびp21両方のタンパク質レベルを効率的に低下させ(図5aおよび図5d)、さらにp21 mRNAレベルを約25〜30%低下させ、Tgfbr2 mRNAレベルを約60〜70%低下させる(図19)。p21がmiR−93およびmiR−106bの直接標的であるかどうかをさらに調査するために、ルシフェラーゼアッセイ(p21 3'UTR配列を有するルシフェラーゼレポーターがホタルルシフェラーゼコード配列の下流に挿入される)を行う。ルシフェラーゼアッセイによって、miRミミックをHela細胞にトランスフェクトすることによりルシフェラーゼ活性の一貫した約40%の抑制が達成され得ることが明らかになっている。また、保存されたp21 3'UTR標的部位のシード領域に突然変異が導入されると、マイクロRNAミミックの抑制が完全に破壊され得ることも判明している(図10)。Tgfbr2については、ルシフェラーゼアッセイでGL活性の約50%減少も示し、一方、miR−93変異株にはそのような影響はない(図11)。
To confirm whether mouse Tgfbr2 and p21 are targeted by miR-93 and miR-106b, miR mimics are transfected into MEF and whole cell lysates are analyzed 48 hours later by Western blotting. In fact, miR-93 and miR-106b effectively reduced both Tgfbr2 and p21 protein levels (FIGS. 5a and 5d), and further reduced p21 mRNA levels by about 25-30%, and Tgfbr2 mRNA levels. Is reduced by about 60-70% (FIG. 19). To further investigate whether p21 is a direct target of miR-93 and miR-106b, a luciferase assay (a luciferase reporter with a
p21により促進される細胞周期停止によって初期化に必要な後成的修飾が阻害され得るが、増殖中の細胞においてそのような修飾がより起こりやすいためである。p21発現がiPSC誘導に支障をきたすかどうかを判定するために、HAタグ付きp21 cDNAをpMXレトロウイルス主鎖にクローニングし、MEF細胞で過剰発現させる。HA−p21ウイルスを4種のOSKM因子とともにMEFに導入すると、アルカリ性ホスファターゼ染色とOct4−GFP陽性コロニー形成に基づいて、iPSC誘導のほぼ完全な阻害が観察される(図9a)。初期化に3種のOSK因子を用いる場合も類似した結果が得られる(図9b)。 Epigenetic modifications required for reprogramming can be inhibited by cell cycle arrest promoted by p21, because such modifications are more likely to occur in proliferating cells. To determine whether p21 expression interferes with iPSC induction, HA-tagged p21 cDNA is cloned into the pMX retrovirus backbone and overexpressed in MEF cells. When HA-p21 virus is introduced into MEF along with four OSKM factors, almost complete inhibition of iPSC induction is observed based on alkaline phosphatase staining and Oct4-GFP positive colony formation (FIG. 9a). Similar results are obtained when using three OSK factors for initialization (FIG. 9b).
解析により、miR−93およびmiR−106bがTgfbr2およびp21の発現両方を効率的に抑制することが示されているため、Tgfbr2およびp21の両方を、それらの活性が初期化に拮抗し得るかどうかをさらに調査する。マイクロRNAミミックで使用した同じ実験時系列を用いて、Tgfbr2またはp21 siRNAをMEFにトランスフェクトする。ウエスタンブロッティングおよびRT−qPCRでは、ウイルス形質導入を行わずにsiRNAによって、それぞれ、タンパク質およびmRNAレベルの両方が効率的にノックダウンされることが確認される(図5bおよび図5e)。次いで、OSKM形質導入によりMEF初期化を開始し、形質導入後11日目にOct4−GFP+コロニーを定量する。各遺伝子についてコロニー数の約2倍の誘導が観察される(図5cおよび図5f)。同時に、我々のデータによって、Tgfbr2およびp21がmiR−93およびmiR−106bの直接標的であり、これらの遺伝子のダウンレギュレーションにより初期化プロセスを促進し得ることが確認される。 Since analysis has shown that miR-93 and miR-106b efficiently suppress both Tgfbr2 and p21 expression, whether both Tgfbr2 and p21 can antagonize reprogramming Investigate further. Tgfbr2 or p21 siRNA are transfected into MEFs using the same experimental time series used for microRNA mimics. Western blotting and RT-qPCR confirm that siRNA efficiently knocks down both protein and mRNA levels, respectively, without viral transduction (FIGS. 5b and 5e). Next, MEF initialization is initiated by OSKM transduction and Oct4-GFP + colonies are quantified 11 days after transduction. An induction of approximately twice the number of colonies is observed for each gene (FIGS. 5c and 5f). At the same time, our data confirm that Tgfbr2 and p21 are direct targets of miR-93 and miR-106b, and down-regulation of these genes can facilitate the reprogramming process.
実施例8
miR−93およびmiR−106bトランスフェクションから得られたiPSCクローンの多能性
miR−93および106bは、マウスiPSC誘導を増強する能力について確認されたが、誘導された細胞が完全な多能性状態に達するかどうかという問題が残っている。この問題に答えるために、各マイクロRNAならびにmiR対照についていくつかのiPSCクローンを得て、多能性マーカーおよび分化能を解析する。これらの得られたクローンは全てGFP+(Oct4遺伝子座の再活性化を示す)である。免疫染色により、NanogおよびSSEA1もこれらの細胞において活性化されることも確認された。他のmESマーカーについてのRT−qPCRは類似した結果を示す。全ゲノムmRNA発現プロフィールでも、これらの得られたクローンがMEFではなくmESと非常に類似した遺伝子発現パターンを有することを示す。内因性Oct4およびNanog遺伝子座のプロモーターメチル化も解析し、試験したクローンは全て、脱メチル化プロモーター有することが観察された。
Example 8
The pluripotency miR-93 and 106b of iPSC clones obtained from miR-93 and miR-106b transfection were confirmed for their ability to enhance mouse iPSC induction, but the induced cells were in a fully pluripotent state The question remains whether or not. To answer this question, several iPSC clones are obtained for each microRNA and miR control and analyzed for pluripotency markers and differentiation potential. These resulting clones are all GFP + (indicating reactivation of the Oct4 locus). It was also confirmed by immunostaining that Nanog and SSEA1 were also activated in these cells. RT-qPCR for other mES markers shows similar results. The whole genome mRNA expression profile also shows that these resulting clones have a gene expression pattern very similar to mES but not MEF. Promoter methylation of the endogenous Oct4 and Nanog loci was also analyzed and all tested clones were observed to have a demethylated promoter.
得られたクローンがmES細胞の完全分化能を有するかどうかを調査するために、胚体形成を最初の試験として用いる。得られたクローンは全て、効率的なEB形成を生じ、それらのEBは系統マーカー染色について陽性であると判明している。これらの細胞から収縮を繰り返すEBも得られる。 To investigate whether the resulting clones have the full differentiation potential of mES cells, embryonic body formation is used as an initial test. All of the resulting clones yielded efficient EB formation and these EBs have been found to be positive for lineage marker staining. EBs that repeat contraction are also obtained from these cells.
最後に、より厳しい試験として、これらの得られたクローンを注射して、それらがキメラマウスに寄与するかどうかを調べる。実際には、試験したクローン全てからキメラが得られる。これらの結果は、初期化に対するmiR−93およびmiR−106bの促進作用は誘導された細胞の能力を変化させないこと、さらにES様状態に達した誘導クローンは3種の系統全てに分化することができることを示す。 Finally, as a more rigorous test, these resulting clones are injected to see if they contribute to chimeric mice. In practice, chimeras are obtained from all tested clones. These results indicate that the miR-93 and miR-106b promoting action on reprogramming does not change the ability of the induced cells, and that induced clones that have reached an ES-like state can differentiate into all three strains. Show what you can do.
実施例9
他のマイクロRNAのアップレギュレーションもiPSC誘導を増強する
本明細書において論じるように、3種のマイクロRNAクラスターは、iPSC誘導中に4種の因子により誘導されると確認され、これらのクラスター内のいくつかのマイクロRNAは、同じシード領域を有すると判明しており、それらは類似したmRNAをターゲッティングすることが示されている(図2)。miR−93およびmiR−106bと同じシード領域を共有する他のマイクロRNAがiPSC誘導を同様に増強することができるかどうかを調査するために、miR−17およびmiR−106aのマイクロRNAミミックを、miR−93ミミック処理およびiPSC誘導について上に記載したものと類似した試験手法を用いて試験する。実際には、これらのマイクロRNAは、miR−106b〜25クラスターで見られたものと同様に初期化を促進し(図6a)、これらのmiRのトランスフェクション全てで、Tgfbr2およびp21タンパク質レベルの低下が起こる(図6bおよび図6c)。
Example 9
As discussed herein that up-regulation of other microRNAs also enhances iPSC induction , three microRNA clusters were identified to be induced by four factors during iPSC induction, and within these clusters Several microRNAs have been found to have the same seed region and they have been shown to target similar mRNAs (FIG. 2). To investigate whether other microRNAs sharing the same seed region as miR-93 and miR-106b could enhance iPSC induction as well, miR-17 and miR-106a microRNA mimics were Test using a test procedure similar to that described above for miR-93 mimic treatment and iPSC induction. In fact, these microRNAs promoted reprogramming similar to that seen in the miR-106b-25 cluster (FIG. 6a), and all these miR transfections reduced Tgfbr2 and p21 protein levels. Occurs (FIGS. 6b and 6c).
同時に、これらの結果は、miR−17〜92、miR−106b〜25およびmiR−106a〜363クラスターの誘導は正確な初期化に重要であること、そしてこれらのマイクロRNAのアップレギュレーションはiPSC生成プロセスへの初期化障壁を低くすることを示唆している(図6d)。よって、これらのマイクロRNAの細胞内レベルを操作して、初期化効率を向上させ得る。 At the same time, these results indicate that the induction of miR-17-92, miR-106b-25 and miR-106a-363 clusters is important for accurate reprogramming, and up-regulation of these microRNAs is the process of iPSC generation This suggests lowering the initialization barrier to (Fig. 6d). Thus, the intracellular level of these microRNAs can be manipulated to improve initialization efficiency.
実施例10
iPSC初期化機構
得られたクローンは、内因性Oct4−GFP発現を活性化することは分かっている。マイクロRNAミミックとのOSKM形質導入後12日目からコロニーを採取し、照射MEFフィーダープレート上で維持する。内因性pou5f1遺伝子座のGFPシグナルとして緑色蛍光を観察することができる。クローンは、ES特異的マーカーのアルカリ性ホスファターゼ染色および免疫染色(NanogおよびSSEA1染色に基づく)を用いて示すことができる。核染色にはHoechst 33342を用いることができる。3胚葉全てからの細胞は、誘導iPSCクローンを用いる胚様体(EB)アッセイで得ることができる。EB形成のためにiPS細胞を約4000個の細胞/20μl液滴で3日間培養し、次いで、収縮を繰り返す心筋細胞が観察される12〜14日目までさらに培養するために、EBをゼラチンコーティングプレート上に再播種する。異なる系統マーカー(外胚葉マーカーのβ−チュブリンIII;内胚葉マーカーのAFP;および中胚葉マーカーのα−アクチニンを含む)で細胞を免疫染色することができる。奇形腫は、iPS細胞の注射により生成することができ、150万個の細胞を各マウスに注射し、パラフィン包理およびH&E染色のために注射の3〜4週間後に腫瘍を採取する。誘導クローンを用いて、キメラマウスを作製することもできる。iPS細胞をアルビノまたは黒色C57B6マウス(NCI)の胚盤胞に注射し、iPSCの寄与はアグーチまたは黒色の毛色により見ることができる。
Example 10
iPSC reprogramming mechanism The resulting clones are known to activate endogenous Oct4-GFP expression. Colonies are picked from
12日目の初期化細胞はアルカリ性ホスファターゼ基質によって染色され得る。本発明によれば、miRミミックトランスフェクションによりAP+コロニーの著しい増加は起こらないが、miR−93および106bのノックダウンによってAP+コロニーだけでなくGFP+コロニーの著しい減少が生じることとなる。マイクロRNAミミックはAP+コロニー形成全体に影響を及ぼさないが、一方、阻害剤は影響を及ぼす。
MEFはiPS細胞に初期化することができるという発見以降、このすばらしいプロセスの基本的機構の理解に多くの努力が傾けられてきた。本明細書に記載した結果によって、転写後遺伝子調節が初期化中に直接関与すること、そしてRNAi機構への干渉により初期化効率を著しく変更することができることが初めて確認された。加えて、前の実施例に示されるように、3種のマイクロRNAクラスターは、iPS細胞を誘導するために用いられる4種の因子によって著しくアップレギュレートされ、これらのクラスター内のマイクロRNAは少なくとも2つの重要な経路:TGF−βシグナル伝達および細胞周期制御をおそらくターゲッティングする。 Since the discovery that MEF can be reprogrammed into iPS cells, much effort has been devoted to understanding the basic mechanisms of this wonderful process. The results described herein have confirmed for the first time that post-transcriptional gene regulation is directly involved during reprogramming and that reprogramming efficiency can be significantly altered by interference with the RNAi machinery. In addition, as shown in the previous examples, the three microRNA clusters are significantly up-regulated by the four factors used to induce iPS cells, and the microRNA in these clusters is at least Two important pathways are probably targeted: TGF-β signaling and cell cycle control.
この研究は続行されているが、いくつかの最近の報告では数種の下流腫瘍抑制遺伝子(p21など)を含むp53経路がiPSC誘導中の大きな障壁の1つであることも確認された。4種の因子(OSKM)の異所発現によりp53が容易にアップレギュレートされ、細胞防御プログラムの連続反応(細胞周期停止、アポトーシスまたはDNA損傷応答など)が開始されることを示す多くの証拠もある。これらの防御応答はおそらく低初期化効率(約0.1%前後と考えられる)の根底にある。しかしながら、これらのデータは、初期化に成功した細胞がいかにして細胞障壁を克服してiPS細胞になるかを説明していない。本明細書に記載した実施例は、初期化の成功に拮抗する経路をターゲッティングするマイクロRNAの発現を誘導することによって、これらの細胞が、全てではないが少なくとも一部において障壁を克服し得ることを示している。初代繊維芽細胞におけるマイクロRNAレベルをモジュレートすることによって、初期化効率の著しい向上が達成され得る。 While this study is ongoing, several recent reports have also confirmed that the p53 pathway, including several downstream tumor suppressor genes (such as p21), is one of the major barriers during iPSC induction. There is also plenty of evidence to show that ectopic expression of four factors (OSKM) readily upregulates p53 and initiates a continuous response in cell defense programs (cell cycle arrest, apoptosis or DNA damage response, etc.) is there. These defense responses are probably at the base of low initialization efficiency (considered around 0.1%). However, these data do not explain how successfully reprogrammed cells can overcome cell barriers and become iPS cells. The examples described herein allow these cells to overcome barriers in at least some but not all by inducing the expression of microRNAs that target pathways that antagonize successful reprogramming. Is shown. By modulating microRNA levels in primary fibroblasts, a significant increase in reprogramming efficiency can be achieved.
TGF−βシグナル伝達は、原腸形成、器官特異的形態形成および組織ホメオスタシスのような多様なプロセスにおいて機能する重要な経路である。標準的なTGF−β形質導入の現行モデルによって、TGF−βリガンドはTGF−β受容体II(Tgfbr2)と結合し、次いで、それが、Tgfbr1とヘテロ二量体を形成して受容体関連Smadsによりシグナルを伝達することが示されている。TGF−βシグナル伝達は、ヒトおよびマウスES細胞自己複製、の両方で機能することが報告されており、FGF2は、ES細胞培養に広く用いられている増殖因子であり、TGF−βリガンド発現を誘導し、BMP様活性を抑制する。化学阻害剤によるTGF−β受容体Iファミリーキナーゼの遮断はES細胞自己複製に支障をきたす。そのような阻害剤は初期化中に全く異なる役割を果たすと思われるため、これらの発見はiPSC誘導に特に重要である。最近の化学スクリーニングでは、TGF−β受容体I(Tgfbr1)の小分子阻害剤はiPSC誘導を実際に増強し、Nanog発現を誘導することによってSox2の必要条件の代わりとし得ることが示された。さらに、TGF−βリガンドによる初期化中の細胞の処理はiPSC誘導に対して悪影響を及ぼす。よって、TGF−βシグナル伝達はES細胞自己複製に重要であるが、初期化にとっては障壁である。本発明によれば、Tgfbr1に加えて、構成的に活性なキナーゼTgfbr2の活性もまた初期化に拮抗することとなる。また、本発明によれば、miR−93およびそのファミリーメンバーはTgfbr2を直接ターゲッティングして、そのシグナル伝達と初期化をモジュレートすることとなる。 TGF-β signaling is an important pathway that functions in diverse processes such as gastrulation, organ-specific morphogenesis, and tissue homeostasis. With current models of standard TGF-β transduction, the TGF-β ligand binds to TGF-β receptor II (Tgfbr2), which then forms a heterodimer with Tgfbr1 to form receptor-related Smads. Has been shown to transmit signals. TGF-β signaling has been reported to function in both human and mouse ES cell self-renewal, and FGF2 is a growth factor that is widely used in ES cell cultures and is responsible for TGF-β ligand expression. Induces and suppresses BMP-like activity. Blocking TGF-β receptor I family kinases with chemical inhibitors interferes with ES cell self-renewal. These discoveries are particularly important for iPSC induction because such inhibitors appear to play a completely different role during reprogramming. Recent chemical screens have shown that small molecule inhibitors of TGF-β receptor I (Tgfbr1) can actually enhance iPSC induction and replace Sox2 requirements by inducing Nanog expression. Furthermore, treatment of cells during reprogramming with TGF-β ligand has an adverse effect on iPSC induction. Thus, TGF-β signaling is important for ES cell self-renewal but is a barrier to reprogramming. According to the present invention, in addition to Tgfbr1, the activity of the constitutively active kinase Tgfbr2 will also antagonize reprogramming. Also according to the present invention, miR-93 and its family members will target Tgfbr2 directly to modulate its signaling and reprogramming.
P21(これは165アミノ酸しか含まない低分子タンパク質である)は、p53依存性G1増殖停止を引き起こし分化および細胞老化を促進することにより癌発生中の腫瘍抑制遺伝子として長年にわたり認められてきた。本発明によれば、4種の因子(OSKM)がMEF細胞に導入されるとp21発現はアップレギュレートされるが、p21の過剰発現によりiPSC誘導がほぼ完全に遮断される(図9)ため、このアップレギュレーションは初期化プロセスに拮抗することとなる(図8)。Klf4初期化因子がp21プロモーターと結合しp21転写を増加させるため、初期化中の細胞におけるp21の誘導は p53に依存することがあるがp53に依存しないこともある。 P21 (which is a small protein containing only 165 amino acids) has long been recognized as a tumor suppressor gene during cancer development by causing p53-dependent G1 growth arrest and promoting differentiation and cellular senescence. According to the present invention, p21 expression is up-regulated when four types of factors (OSKM) are introduced into MEF cells, but iPSC induction is almost completely blocked by overexpression of p21 (FIG. 9). This upregulation would antagonize the initialization process (FIG. 8). Since the Klf4 reprogramming factor binds to the p21 promoter and increases p21 transcription, the induction of p21 in cells undergoing reprogramming may be dependent on p53 but may not be dependent on p53.
同じ転写因子がiPSC誘導を促進することがあり、iPSC誘導に拮抗することもあることから、これは4種の初期化因子の機能についての興味深い問題を提起している。実際には、ある特定レベルのp21誘導が初期化プロセスにとって有益であるという可能性を除外することができる証拠は現在ない。p21は、p53依存性細胞周期停止における周知の役割の他に、若干の発癌活性を有することも報告されている。例えば、p21は、アポトーシス(細胞周期制御におけるその通常の機能とは無関係の機能)から細胞を保護することにより発癌活性を有する。 This raises an interesting question about the function of the four reprogramming factors, since the same transcription factor may promote iPSC induction and may antagonize iPSC induction. In fact, there is currently no evidence that can rule out the possibility that a certain level of p21 induction is beneficial to the initialization process. In addition to the well-known role in p53-dependent cell cycle arrest, p21 has also been reported to have some oncogenic activity. For example, p21 has oncogenic activity by protecting cells from apoptosis, a function unrelated to its normal function in cell cycle control.
初期化におけるp21の潜在的利益は、タンパク質−タンパク質相互作用を通じて遺伝子発現を調節する能力に依存し得る。例えば、p21は、アポトーシスに関与するいくつかのタンパク質(カスパーゼ8、カスパーゼ10およびプロカスパーゼ3など)と直接結合することができる。別の例では、p21は、Myc N末端と結合してMyc−Maxヘテロ二量体形成を遮断することにより、Mycのアポトーシス促進作用のサプレッサーでもある。実際には、Myc自体がMEFにおいて過剰発現されると、細胞培養物では細胞死の著しい増加が認められるが、一方、4種の因子を形質導入した細胞では、細胞死はmycだけのサンプルと比べて最小限にとどまる。従って、p21の誘導は、初期化プロセスの障壁となり得るが、細胞アポトーシスを減少させるのに必要なある特定レベルのp21を維持し得るため初期化効率を向上させ得る。
The potential benefit of p21 in reprogramming may depend on its ability to regulate gene expression through protein-protein interactions. For example, p21 can directly bind to several proteins involved in apoptosis, such as
miR−93およびmiR−106bのトランスフェクションはp21 siRNAトランスフェクションよりも初期化に対する促進効果が高く、その際、miR−93および106bはp21 siRNAほどp21の発現を抑制しなかったため、本明細書において示すデータはこの仮説を裏付ける部分的証拠ともいえる。しかしながら、この効果は、これらのマイクロRNAによる、Tgfbr2およびp21を含む複数のタンパク質のターゲッティングによるものである可能性もある。 Since transfection of miR-93 and miR-106b has a higher effect on reprogramming than p21 siRNA transfection, miR-93 and 106b did not suppress p21 expression as much as p21 siRNA. The data shown can be considered as partial evidence to support this hypothesis. However, this effect may be due to the targeting of multiple proteins including Tgfbr2 and p21 by these microRNAs.
マイクロRNAは通常複数の細胞タンパク質をターゲッティングするため、miR−93およびmiR−106bの促進効果は、初期化に関与するさらなる遺伝子を見つける機会を与え、そのプロセスがより理解される。実際には、p21の他に、G1−S期移行の負の調節因子であると報告されているいくつかの他の遺伝子もmRNA転写物の3'UTR領域にmiR−93およびmiR−106b標的部位を有する(Rb1、Rbl1、Rbl2およびLats2など)。miR−93およびmiR−106bの、報告されている別の興味深い標的は転写因子E2F1であり、この転写因子は多くのヒト腫瘍サンプルにおいて脱制御され過活性化されることがよく見られる。E2F1の1つの重大な機能は、ARFおよびINK4aをコードするCDKN2A遺伝子座の発現を活性化することである。Ink4a/Arf遺伝子座もまた初期化効率を阻害し得る。よって、本発明によれば、miR−93およびmiR−106bのトランスフェクションはE2F1をターゲッティングし、CDKN2A遺伝子座を活性化する可能性を低くして初期化の障壁を下げることができることとなる。 Since microRNAs typically target multiple cellular proteins, the stimulatory effects of miR-93 and miR-106b provide an opportunity to find additional genes involved in reprogramming and the process is better understood. In fact, in addition to p21, several other genes that have been reported to be negative regulators of the G1-S phase transition are also miR-93 and miR-106b targets in the 3′UTR region of mRNA transcripts. It has a site (Rb1, Rbl1, Rbl2, and Lats2 etc.). Another reported interesting target of miR-93 and miR-106b is the transcription factor E2F1, which is often found to be deregulated and overactivated in many human tumor samples. One critical function of E2F1 is to activate expression of the CDKN2A locus encoding ARF and INK4a. The Ink4a / Arf locus can also inhibit reprogramming efficiency. Thus, according to the present invention, miR-93 and miR-106b transfections can target E2F1, reduce the likelihood of activating the CDKN2A locus, and lower the initialization barrier.
最後に、miR−17〜92、miR−106b〜25およびmiR−106a〜363クラスターはマウスとヒトとの間で完全に保存される。よって、本発明によれば、miR−93およびmiR−106bの促進効果はヒト初期化にも適用し得ることとなる。 Finally, miR-17-92, miR-106b-25, and miR-106a-363 clusters are completely conserved between mice and humans. Therefore, according to the present invention, the promoting effect of miR-93 and miR-106b can be applied to human initialization.
実施例11
マイクロRNAはiPS細胞初期化をモジュレートする
マウス胚性繊維芽細胞(MEF)誘導:Oct4−EGFP MEFは、マウス株B6;129S4−Pou5f1tm2(EGFP)Jae/J(Jackson laboratory;ストック番号008214)から、WiCell研究所のウェブサイト(www.wiCell.org/)で提供されているプロトコールを用いて得る。Oct4−EGFP MEFを、MEF完全培地(10%FBS、非必須アミノ酸、L−グルタミン含有、ピルビン酸ナトリウム不含のDMEM)が入った0.1%ゼラチンコーティングプレートで維持する。
Example 11
MicroRNA modulates iPS cell reprogramming Mouse embryonic fibroblast (MEF) induction: Oct4-EGFP MEF is a mouse strain B6; 129S4-Pou5f1 tm2 (EGFP) Jae / J (Jackson laboratory; stock number 008214) From the WiCell Laboratory website (www.wiCell.org/). Oct4-EGFP MEFs are maintained in 0.1% gelatin coated plates with MEF complete medium (10% FBS, nonessential amino acids, L-glutamine containing, DPM without sodium pyruvate).
レトロウイルスを用いた初期化:4X104個のOct4−EGFP MEFにpMXレトロウイルスを形質導入して、Oct4、Sox2、Klf4およびc−Myc(Addgene)を誤発現させる。2日後に、形質導入Oct4−EGFP MEFにES培地(15%ES−screened FBS、非必須アミノ酸、L−グルタミン、モノチオグリセロールおよび1000U/ml LIF含有のDMEM)を供給し、1日おきに培地を換える。特に断りのない限り、形質導入の約2週間後に、蛍光顕微鏡検査法によって初期化幹細胞(EGFP+iPSCコロニーと定義される)にスコアをつける。iPSCを得るために、実体顕微鏡(Leica)下でEGFP+コロニーを手作業で採取する。 Initialization with retrovirus: 4 × 10 4 Oct4-EGFP MEFs are transduced with pMX retrovirus to misexpress Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc (Addgene). Two days later, transduced Oct4-EGFP MEF was supplied with ES medium (DMEM containing 15% ES-screened FBS, non-essential amino acids, L-glutamine, monothioglycerol and 1000 U / ml LIF) every other day. Change. Unless otherwise noted, approximately 2 weeks after transduction, reprogrammed stem cells (defined as EGFP + iPSC colonies) are scored by fluorescence microscopy. To obtain iPSCs, EGFP + colonies are manually collected under a stereomicroscope (Leica).
マイクロRNA阻害剤またはsiRNAトランスフェクション:let−7a、miR−21、およびmiR−29aマイクロRNAの阻害剤は、Dharmaconから購入する。4X104個のOct4−EGFP MEFをLipofectamineおよび阻害剤で、製造業者の教示(Invitrogen)に従いトランスフェクトする。3〜5時間後に、培地を捨て、MEF完全培地に替える;初期化では、初期化因子(Oct4、Sox2、Klf4およびc−Myc)をコードするレトロウイルスを加え、翌日培地を完全培地に替える。特に断りのない限り、トランスフェクション/形質導入後5日目に、阻害剤またはsiRNAを再度導入する。 MicroRNA inhibitors or siRNA transfections: Inhibitors of let-7a, miR-21, and miR-29a microRNAs are purchased from Dharmacon. 4 × 10 4 Oct4-EGFP MEFs are transfected with Lipofectamine and inhibitors according to manufacturer's instructions (Invitrogen). After 3-5 hours, the medium is discarded and replaced with MEF complete medium; for initialization, retrovirus encoding reprogramming factors (Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc) is added and the medium is replaced with complete medium the next day. Unless otherwise noted, inhibitors or siRNA are reintroduced 5 days after transfection / transduction.
ノーザン解析では、1×105個のOct4−EGFP MEFをトランスフェクトし、5日後に採取する。トータルRNAをTRIZOL(Invitrogen)により単離し、約9μgのトータルRNAを14%変性ポリアクリルアミドゲル(National Diagnostics)上で分離する。RNAをHybond−XL膜(GE healthcare)上に転写し、マイクロRNAを同位体標識した特異的DNAプローブにより検出する。シグナル強度をホスホイメージャーにより視覚化し、Multi Gauge V3.0(FUJIFILM)を用いて解析する。マイクロRNAシグナル強度を、U6 snRNAのものに対して正規化する。実験は3反復で実施する。 For Northern analysis, 1 × 10 5 Oct4-EGFP MEFs are transfected and harvested 5 days later. Total RNA is isolated by TRIZOL (Invitrogen) and approximately 9 μg of total RNA is separated on a 14% denaturing polyacrylamide gel (National Diagnostics). RNA is transferred onto Hybond-XL membrane (GE healthcare), and microRNA is detected with a specific DNA probe labeled with an isotope. The signal intensity is visualized with a phosphoimager and analyzed using Multi Gauge V3.0 (FUJIFILM). MicroRNA signal intensity is normalized to that of U6 snRNA. Experiments are performed in triplicate.
ウエスタン解析では、1×105個のOct4−EGFP MEFをトランスフェクトし、5日後に採取する。トータルタンパク質をM−PERバッファー(Pierce)で調製し、同量のトータルタンパク質を10%SDS−PAGEゲル上で分離する。タンパク質をPVDF膜に転写し、次の抗体を用いてバンドを検出する:GAPDH(Santa Cruz;カタログ番号sc−20357)、p53(Santa Cruz;カタログ番号sc−55476)、PI3キナーゼp85(Cell Signaling;カタログ番号4257);Cdc42(Santa Cruz;カタログ番号sc−8401);p−ERK1/2(Cell Signaling;カタログ番号9101);ERK1/2(Cell Signaling;カタログ番号9102);p−GSK3β(Cell Signaling;カタログ番号9323);GSK3β(Cell Signaling;カタログ番号9315);βアクチン(Thermo Scientific;カタログ番号MS−1295)。シグナル強度を、Multi Gauge V3.0(FUJIFILM)により定量し、GAPDHまたはβアクチンに対して正規化する。実験は3〜5回繰り返す。 For Western analysis, 1 × 10 5 Oct4-EGFP MEFs are transfected and harvested 5 days later. Total protein is prepared with M-PER buffer (Pierce) and the same amount of total protein is separated on a 10% SDS-PAGE gel. The protein is transferred to a PVDF membrane and bands are detected using the following antibodies: GAPDH (Santa Cruz; catalog number sc-20357), p53 (Santa Cruz; catalog number sc-55476), PI3 kinase p85 (Cell Signaling; Catalog number 4257); Cdc42 (Santa Cruz; catalog number sc-8401); p-ERK1 / 2 (Cell Signaling; catalog number 9101); ERK1 / 2 (Cell Signaling; catalog number 9102); p-GSK3β (Cell Signaling; Catalog number 9323); GSK3β (Cell Signaling; catalog number 9315); β-actin (Thermo Scientific; catalog number MS-1295). Signal intensity is quantified by Multi Gauge V3.0 (FUJIFILM) and normalized to GAPDH or β-actin. The experiment is repeated 3-5 times.
in vitro分化および奇形腫形成アッセイ:in vitro分化では、iPSCをトリプシン/EDTAにより解離し、胚様体(EB)培地(15%FBS、非必須アミノ酸、L−グルタミン含有のDMEM)中に終濃度5X104細胞/mlに再懸濁する。EB形成を誘導するために、逆さにしたペトリ皿の蓋で20μl中1000個のiPS細胞を懸滴培養する。3〜5日後に、EBを採取し、ウェル当たり約10個のEBで0.1%ゼラチンコーティングした6ウェルプレートに転写する。EB形成の2週間後に、収縮を繰り返す心筋細胞(中胚葉)が顕微鏡により確認される。内胚葉および外胚葉から得られた細胞は、それぞれ、α−フェトプロテイン(R&D;カタログ番号MAB1368)抗体およびニューロン特異的βIII−チュブリン(abcam;カタログ番号ab7751)抗体によって確認した。 In vitro differentiation and teratoma formation assay: For in vitro differentiation, iPSCs were dissociated with trypsin / EDTA and final concentration in embryoid body (EB) medium (DMEM containing 15% FBS, non-essential amino acids, L-glutamine) Resuspend at 5 × 10 4 cells / ml. To induce EB formation, 1000 iPS cells in 20 μl are cultured in a hanging drop with an inverted Petri dish lid. After 3-5 days, EBs are harvested and transferred to 6-well plates with 0.1% gelatin coating at approximately 10 EBs per well. Two weeks after EB formation, cardiomyocytes (mesoderm) that repeat contraction are confirmed by a microscope. Cells obtained from endoderm and ectoderm were confirmed by α-fetoprotein (R &D; catalog number MAB1368) antibody and neuron-specific βIII-tubulin (abcam; catalog number ab7751) antibody, respectively.
奇形腫アッセイでは、1.5X106個のiSPCをトリプシン処理し、150μlに再懸濁し、次いで、アベルチンで麻酔をかけた無胸腺ヌードマウスの後肢背面に皮下注射する。3週間後に、マウスを犠牲にして、奇形腫を採取する。腫瘍塊を固定し、切開し、サンフォード・バーナム研究所にあるCell Imaging−Histology core施設内で解析する。 In the teratoma assay, 1.5 × 10 6 iSPCs are trypsinized, resuspended in 150 μl, and then injected subcutaneously into the dorsal hind limb of an athymic nude mouse anesthetized with avertin. Three weeks later, the mice are sacrificed and teratomas are collected. Tumor masses are fixed, dissected, and analyzed in the Cell Imaging-Histology core facility at the Sanford Burnham Laboratory.
キメラ解析:採取の2時間前にiPSC培地を換える。トリプシン処理したiPSCを0.1%ゼラチンコーティングプレートで30分間培養して、フィーダー細胞を除去する。iPSCをE3.5 C57BL/6−cBrd/cBrd胚盤胞に注射し、次いで、偽妊娠したレシピエント雌へ移す。生後、子の毛色によりiPSCの寄与を評価する:黒色はiPSCに由来する。 Chimeric analysis: iPSC medium is changed 2 hours before harvesting. Trypsinized iPSCs are incubated in 0.1% gelatin coated plates for 30 minutes to remove feeder cells. iPSCs are injected into E3.5 C57BL / 6-cBrd / cBrd blastocysts and then transferred to pseudopregnant recipient females. After birth, the contribution of iPSC is evaluated by the hair color of the child: black is derived from iPSC.
免疫蛍光およびアルカリ性ホスファターゼ(AP)染色:iPSCを0.1%ゼラチンコーティングした6ウェルプレートに播種し培養する。4日後に、細胞を4%パラホルムアルデヒド(Electron Microscopy Sciences;カタログ番号15710−S)により固定する。免疫蛍光染色では、固定した細胞をPBS中0.1%Trixton X−100により透過処理し、5%BSA/PBSによりブロッキングする。SSEA−1(R&D;カタログ番号MAB2155)およびNanog(R&D;カタログ番号AF2729)に対する抗体をESマーカーとする。核をHoechst 33342染色(Invitrogen)により視覚化する。AP染色では、アルカリ性ホスファターゼ基質を用い製造業者の教示に従って(Vector Laboratories;カタログ番号SK−5100)固定した細胞を処理する。 Immunofluorescence and alkaline phosphatase (AP) staining: Seed and culture in 6-well plates coated with iPSC 0.1% gelatin. After 4 days, cells are fixed with 4% paraformaldehyde (Electron Microscopy Sciences; catalog number 15710-S). In immunofluorescence staining, fixed cells are permeabilized with 0.1% Trixton X-100 in PBS and blocked with 5% BSA / PBS. Antibodies against SSEA-1 (R &D; catalog number MAB2155) and Nanog (R &D; catalog number AF2729) are used as ES markers. Nuclei are visualized by Hoechst 33342 staining (Invitrogen). For AP staining, fixed cells are treated with alkaline phosphatase substrate according to the manufacturer's instructions (Vector Laboratories; catalog number SK-5100).
実施例12
miR−21またはmiR−29aの阻害は初期化効率を高める
マウス胚性繊維芽細胞(MEF)誘導:Oct4−EGFP MEFは、マウス株B6;129S4−Pou5f1tm2(EGFP)Jae/J(Jackson laboratory;ストック番号008214)から、WiCell研究所のウェブサイト(www.wiCell.org/)で提供されているプロトコールを用いて得る。Oct4−EGFP MEFを、MEF完全培地(10%FBS、非必須アミノ酸、L−グルタミン含有、ピルビン酸ナトリウム不含のDMEM)が入った0.1%ゼラチンコーティングプレートで維持する。
Example 12
Inhibition of miR-21 or miR-29a enhances reprogramming efficiency Mouse embryonic fibroblast (MEF) induction: Oct4-EGFP MEF is a mouse strain B6; 129S4-Pou5f1 tm2 (EGFP) Jae / J (Jackson laboratory; From stock number 008214), using the protocol provided on the WiCell Laboratory website (www.wiCell.org/). Oct4-EGFP MEFs are maintained in 0.1% gelatin coated plates with MEF complete medium (10% FBS, nonessential amino acids, L-glutamine containing, DPM without sodium pyruvate).
MEF特異的miRNAの阻害が初期化障壁を低くするかどうかを判定するために、MEFで濃縮されたmiRNAを解析し、それらのレベルを、マウスES(mES)細胞で見られるものと比較する。図20aに示されるように、let−7a、miR−21およびmiR−29aは、mES細胞と比べ、MEFにおいて高度に発現される。一方、miR 291は、mESでは非常に豊富であるがMEFでは存在しない(図20a)。次に、let−7a、miR−21、およびmiR−29aに対し、miRNA阻害剤を、Oct3/4、Sox2、Klf4およびc−Myc(OSKM)を発現するレトロウイルスとともにOct4−EGFP MEF(Oct4−EGFPレポーターを保有するMEF)に導入する。形質導入後14日目に、miR−21阻害剤で処理した細胞はターゲッティングしない(NT)対照と比べて初期化効率の約2.1倍向上を示す(図20b)。同様に、miR−29aの阻害後、初期化効率は有意に約2.8倍向上する(図20b)。miR 29aまたは21阻害で用いた同様のantagomir処理に従って、let−7a阻害後にOSKM初期化に対して軽度の効果が観察される(図20b)。c−Mycの不在下でmiRNA阻害により3種の因子による初期化が促進されるかどうかをさらに試験するために、miRNA阻害剤を、OSKMよりずっと低い効率で細胞を初期化するOSKとともに細胞に形質導入する。OSKにより初期化したiPS細胞コロニーの数は、OSK単独での処理と比べ、miR−21阻害剤の存在下で増加する(図25)。これらの結果は、MEFで濃縮されたmiRNA miR−21およびmiR−29の枯渇により4Fによる初期化が著しく促進されること、そしてmiR−21の遮断により3種の因子(OSK)による初期化の効率が中等度に向上することを示す。
To determine if inhibition of MEF-specific miRNA lowers the reprogramming barrier, MEF-enriched miRNAs are analyzed and their levels compared to those seen in mouse ES (mES) cells. As shown in FIG. 20a, let-7a, miR-21 and miR-29a are highly expressed in MEF compared to mES cells. On the other hand,
C−Mycは、初期化中にmiRNA let−7a、miR−16、miR−21、miR−29aおよびmiR−143の発現を抑制する:最近の研究により、OSKM因子は、後成的機構と転写機構の両方を通じて細胞同一性を変更することが示されている。本発明によれば、OSKM初期化因子は、MEFで濃縮されたmiRNAをダウンレギュレートし得ることとなる。miRNA発現に対する各初期化因子の潜在的影響を評価するために、MEFにOSKM因子の様々な組合せを形質導入し、それらに対してノーザンブロット解析を行う(図21a)。興味深いことに、Sox2だけが、miR−21、miR−29aおよびlet−7aの発現レベルが、MEF対照と比べて2倍より高く誘導する(図21b、左のパネル)。Klf4は、選択したmiRNAに対して軽度であるがSox2と類似した影響を及ぼす(図21b、左のパネル)。Oct4過剰発現に関してのみ、miRNAは発現レベルが変化しない(図21b、左のパネル)。Oct4、Sox2およびKlf4とは対照的に、単一因子のc−MycはmiR−21およびmiR−29a(MEFにおいて最も豊富なmiRNA)の発現をMEF対照の約70%ダウンレギュレートする(図21aおよび図21b、左のパネル)。さらに、図21b(中央のパネル)に示す2種の因子(2F)の様々な組合せの間では、c−Mycを含む組合せは、3種のmiRNA全て(miR−21、miR−29aおよびlet−7aを含む)における減少を、約25〜80%増大し得る(図21b、中央のパネル)。Sox2とOct4とでは、miRNAに対する1Fの影響と同様に、miR−21およびmiR−29aを、MEF対照の1.5倍および2.3倍増加させ、OKおよびSKではmiRNA発現に対して及ぼす明らかな影響はない。さらに、3種の因子(3F)の様々な組合せの間では、miRNA−21の発現は、SKM細胞およびOKM細胞において、MEFにおいて見られる発現と比べて、それぞれ約70%および78%減少し、同様に、miR−29a発現は、c−Mycを含む3F組合せで約48〜70%減少する(図21b、右のパネル)。3F組合せにc−Mycを含むことによりlet−7aレベルも少し減少する(図21b、右のパネル)。c−Mycを含まないOSKでは、miRNA発現に対して及ぼす影響はほとんどなかった(図21b、右のパネル)。よって、これらの結果は、c−Mycが初期化中のmiRNA発現の調節において重要な役割を果たすことを強く示唆している。 C-Myc represses miRNA let-7a, miR-16, miR-21, miR-29a and miR-143 expression during reprogramming: Recent studies have shown that OSKM factors have epigenetic mechanisms and transcription It has been shown to alter cell identity through both mechanisms. According to the present invention, the OSKM reprogramming factor will be able to down-regulate MEF enriched miRNA. To evaluate the potential impact of each reprogramming factor on miRNA expression, MEFs are transduced with various combinations of OSKM factors and subjected to Northern blot analysis (FIG. 21a). Interestingly, only Sox2 induces miR-21, miR-29a and let-7a expression levels higher than 2-fold compared to the MEF control (FIG. 21b, left panel). Klf4 has a mild but similar effect to Sox2 on the selected miRNA (FIG. 21b, left panel). Only with Oct4 overexpression, miRNAs do not change expression levels (Figure 21b, left panel). In contrast to Oct4, Sox2 and Klf4, the single factor c-Myc down-regulates the expression of miR-21 and miR-29a (the most abundant miRNA in MEF) by about 70% of the MEF control (FIG. 21a). And FIG. 21b, left panel). Furthermore, among the various combinations of the two factors (2F) shown in FIG. 21b (middle panel), the combination comprising c-Myc is all three miRNAs (miR-21, miR-29a and let- 7a) can be increased by about 25-80% (FIG. 21b, middle panel). Sox2 and Oct4 increase miR-21 and miR-29a 1.5 and 2.3 fold over MEF controls, as well as the effect of 1F on miRNA, and OK and SK have an effect on miRNA expression There is no significant impact. Furthermore, between various combinations of the three factors (3F), miRNA-21 expression is reduced by about 70% and 78% in SKM cells and OKM cells, respectively, compared to the expression seen in MEFs, Similarly, miR-29a expression is reduced by approximately 48-70% with the 3F combination containing c-Myc (FIG. 21b, right panel). Inclusion of c-Myc in the 3F combination also slightly reduces the let-7a level (Figure 21b, right panel). OSK without c-Myc had little effect on miRNA expression (Figure 21b, right panel). Thus, these results strongly suggest that c-Myc plays an important role in the regulation of miRNA expression during reprogramming.
c−MycがmiRNA発現に拮抗する第1因子であることをさらに確認するために、OSKをc−Mycとともにまたはc−Mycを含めずに細胞に形質導入し、miRNA発現を形質導入後の様々な時点においてリアルタイム定量的逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT−qPCR)により調査する。OSKに対し、OSKM形質導入により初期化中のlet−7a、miR−16、miR−21、miR−29a、miR−143の発現は大幅に減少し(図21c)、c−Mycは、MEFで濃縮されたmiRNA(最も豊富なものである、let−7a、miR−21およびmiR−29aを含む)の発現の調節において中心的な役割を果たすことが分かる。これらのデータは、c−MycはmiRNAダウンレギュレーションを通じてある程度初期化を促進することも示唆している。 To further confirm that c-Myc is the first factor that antagonizes miRNA expression, OSK was transduced into cells with or without c-Myc, and miRNA expression was varied after transduction. At various time points, it is investigated by real-time quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-qPCR). In contrast to OSK, expression of let-7a, miR-16, miR-21, miR-29a, miR-143 during initialization by OSKM transduction is greatly reduced (FIG. 21c), and c-Myc is MEF. It can be seen that it plays a central role in regulating the expression of concentrated miRNAs, including the most abundant ones, let-7a, miR-21 and miR-29a. These data also suggest that c-Myc promotes reprogramming to some extent through miRNA down-regulation.
実施例13
miRNA枯渇によって誘導されたiPS細胞は多能性を獲得する
本発明によれば、miR−21およびmiR−29a阻害剤を用いて得られたマウスiPS細胞は多能性であることとなる。OSKM/anti miR−29a iPS細胞についてES細胞マーカー染色を行うことができる。さらなる解析のために、OSKMおよびmiR−29a阻害剤での処理後に得られたGFP+コロニーを採取する。胚幹細胞マーカーNanogおよびSSEA1を発現する代表的なコロニーを同定する。内因性Oct4も活性化し、それはEGFP染色により示すことができる。強いアルカリ性ホスファターゼ(AP)活性はESマーカーの1つとして観察することができる。
Example 13
iPS cells induced by miRNA depletion acquire pluripotency According to the present invention, mouse iPS cells obtained using miR-21 and miR-29a inhibitors will be pluripotent. OSKM / anti miR-29a iPS cells can be stained with ES cell markers. For further analysis, GFP + colonies obtained after treatment with OSKM and miR-29a inhibitor are picked. Representative colonies expressing the embryonic stem cell markers Nanog and SSEA1 are identified. Endogenous Oct4 is also activated, which can be shown by EGFP staining. Strong alkaline phosphatase (AP) activity can be observed as one of the ES markers.
OSKM/anti miR−29a iPS細胞のin vitro分化を行うことができる。胚様体をin vitroで形成し、2週間培養することができる。細胞を固定し、抗αフェトプロテイン(中胚葉について)および抗βチュブリンIII(外胚葉について)で染色することができる。核は、Hoescht染色による対比染色として観察することができる。OSKM/anti miR−29a iPS細胞の奇形腫形成解析も行うことができる。1.5X106個のiPSCを無胸腺ヌード雌マウスに皮下注射する。注射の3週間後に腫瘍塊を採取し、組織病理学的解析のために固定する。3胚葉から得られた様々な組織を確認することができ、それらには、腸管様上皮(内胚葉)、脂肪組織、軟骨および筋肉(中胚葉)、ならびに神経組織および表皮(外胚葉)が含まれる。OSKM/anti miR−29a iPS細胞およびOSK/anti miR−21 iPS細胞のキメラ解析も行うことができる。8〜14個のiPS細胞をE3.5マウス胚盤胞に注射することができる。各キメラへのiPS細胞の寄与は、黒色の毛色を評価することにより推定することができ、割合として観察することができる。 In vitro differentiation of OSKM / anti miR-29a iPS cells can be performed. Embryoid bodies can be formed in vitro and cultured for 2 weeks. Cells can be fixed and stained with anti-alpha fetoprotein (for mesoderm) and anti-beta tubulin III (for ectoderm). Nuclei can be observed as counterstained by Hoescht staining. OSKM / anti miR-29a iPS cell teratoma formation analysis can also be performed. 1.5 × 10 6 iPSCs are injected subcutaneously into athymic nude female mice. Tumor mass is harvested 3 weeks after injection and fixed for histopathological analysis. Various tissues from three germ layers can be identified, including intestinal-like epithelium (endoderm), adipose tissue, cartilage and muscle (mesoderm), and nerve tissue and epidermis (ectoderm) It is. Chimeric analysis of OSKM / anti miR-29a iPS cells and OSK / anti miR-21 iPS cells can also be performed. 8-14 iPS cells can be injected into E3.5 mouse blastocysts. The contribution of iPS cells to each chimera can be estimated by evaluating the black hair color and can be observed as a percentage.
miR−21またはmiR−29aの遮断がiPS細胞の多能性に支障をきたすかどうかを調査するために、OSKM/anti miR−29aまたはOSK/anti miR−21を用いたiPS細胞を多能性について評価する。まず、初期化のおよそ2週間後に細胞を手作業で採取し、拡大して、形態およびES特異的マーカーの発現を調べる。細胞はES様形態および高度に発現されたOct4−EGFP示す(内因性ES細胞シグナル伝達の確立を示す。加えて、OSKM/anti miR−29a iPS細胞またはOSK/anti miR−21 iPS細胞は、NanogおよびSSEA1を含むES細胞特異的マーカーを発現し、アルカリ性ホスファターゼ活性を示した。それらのiPS細胞が、通常誘導されるiPS細胞と同等の多能性潜在能力を示すかどうかを試験するために、OSKM/anti miR−29a iPS細胞およびOSK/anti miR−21 iPS細胞を、誘導して胚様体(EB)を形成するかまたはヌードマウスに注射し、様々な組織に分化させる。in vitro分化の2週間後に、3胚葉全てから得られた典型的な細胞種が観察される。注射の3週間後に形成された奇形腫腫瘍に対して、組織病理学的解析を行う。3胚葉全てに由来する様々な組織が生成され、iPS細胞が多能性を得たことが確認される。多能性についての最も厳しい試験を用いるために、iPS細胞をE3.5胚盤胞に注射して、キメラマウスを作出する。miR枯渇によるiPS細胞から得られたマウスは、iPS細胞に起因する、有意の約15%〜25%黒色毛色を示す。これらのデータは、miR−21およびmiR−29aの枯渇が、得られたiPS細胞の多能性に対して悪影響を及ぼさないことを示している。 In order to investigate whether blockade of miR-21 or miR-29a interferes with iPS cell pluripotency, iPS cells using OSKM / anti miR-29a or OSK / anti miR-21 were pluripotent. To evaluate. First, cells are harvested manually approximately 2 weeks after initialization and expanded to examine morphology and expression of ES-specific markers. Cells show ES-like morphology and highly expressed Oct4-EGFP (shows the establishment of endogenous ES cell signaling. In addition, OSKM / anti miR-29a iPS cells or OSK / anti miR-21 iPS cells And expressed ES cell-specific markers including SSEA1 and showed alkaline phosphatase activity To test whether these iPS cells show a pluripotent potential comparable to that of normally induced iPS cells, OSKM / anti miR-29a iPS cells and OSK / anti miR-21 iPS cells are induced to form embryoid bodies (EBs) or injected into nude mice to differentiate into various tissues. Two weeks later, typical cell types obtained from all three germ layers are observed. Histopathological analysis is performed on teratoma tumors formed after 3 weeks, confirming that various tissues from all 3 germ layers were generated and iPS cells gained pluripotency. To use the most stringent test for potency, iPS cells are injected into E3.5 blastocysts to create chimeric mice, mice obtained from iPS cells with miR depletion are due to iPS cells. Significantly about 15% to 25% black hair color These data indicate that depletion of miR-21 and miR-29a does not adversely affect the pluripotency of the resulting iPS cells .
実施例14
miR−29aの阻害はP85αおよびCDC42の経路を通じてP53をダウンレギュレートする
初期化に及ぼすmiR−29aの作用の基礎にある機構を理解するために、p85αおよびCDC42の発現を調査する。p85αおよびCDC42はHeLa細胞においてmiR−29の直接標的であると報告されている。その目的で、miRNA阻害剤をMEFにトランスフェクトし、トランスフェクション後5日目にp85αおよびCDC42タンパク質発現をウエスタンブロットにより評価する。P85αおよびCDC42タンパク質レベルはmiR−29a遮断によって少し増加するが、それに対し、let−7a阻害剤ではほとんど影響がない(図22aおよび図22b)。また、形質転換関連タンパク質53(Trp53またはp53)はp85αおよびCDC4の直接標的であると報告されている。よって、p53についても、p53がMEFにおいてmiR−29aによって間接的に調節されるかどうかを調査する。それを試験するために、MEFをmiRNA阻害剤でトランスフェクトし、免疫ブロッティングのために5日採取して、p53の発現を評価する。P53タンパク質レベルはmiR−29a阻害によって約30%低下する(図22aおよび図22b)がNT対照やlet−7a阻害では変化しない。miR−21の枯渇によってもp85αおよびCDC42タンパク質抑制から解放され、それゆえにp85αおよびCDC42のレベルが増加し、その結果、p53発現の約25%ダウンレギュレーションが起こることは重要である(図22aおよび図22b)。
Example 14
To understand the mechanism underlying the effect of miR-29a on reprogramming downregulation of P53 through the P85α and CDC42 pathways, the inhibition of miR-29a is investigated for expression of p85α and CDC42. p85α and CDC42 have been reported to be direct targets of miR-29 in HeLa cells. To that end, miRNA inhibitors are transfected into MEFs and p85α and CDC42 protein expression is assessed by
初期化中にmiR−21またはmiR−29aの阻害によってp53レベルが低下することをさらに確認するために、初期化5日目にp53発現をウエスタンブロット解析により調査する。初期化を開始するために、miRNA阻害剤をOSKMとともに導入する。MEF単独での観察と一致して、初期化中に、miR−21またはmiR−29aの枯渇によって、p53タンパク質レベルがOSKM対照と比べてそれぞれ約25%または約40%低下する(図22c)。要するに、我々のデータによって、初期化中、miR−29aの遮断によってp85αおよびCDC42の経路を通じてp53タンパク質レベルが約30〜40%低下することがわかった。加えて、miR−21の枯渇はp85αおよびCDC42の両方に対して類似した影響を及ぼし、p53タンパク質レベルを約25%〜約30%低下させた。
To further confirm that inhibition of miR-21 or miR-29a reduces p53 levels during reprogramming, p53 expression is examined by Western blot analysis on
miR−29aの阻害は、p53ダウンレギュレーションを通じて初期化効率を向上させる:p53の欠乏によって初期化効率が大幅に向上し得ることは報告されている。miR−29aの枯渇はp53レベルを著しく低下させ、初期化効率を約2.8倍向上させることから、本発明によれば、miR−29aノックダウンの効果は主にp53ダウンレギュレーションによって媒介されることとなる。これを受けて、p53 siRNAおよび/またはmiR−29a阻害剤をOSKMとともにOct4−EGFP MEFにトランスフェクトして、初期化を開始する。siRNAによるp53のダウンレギュレーション(約80%)は、初期化効率に対して、miR−29a阻害の場合と類似した良い影響を及ぼす(図22d)。p53 siRNAの存在下でmiR阻害剤を加えた場合には初期化効率の向上は見られない(図22d)。これらの結果は、miR−29aの阻害はp53のダウンレギュレーションを通じて初期化効率を向上させるようにある程度作用することを示唆している。 Inhibition of miR-29a improves initialization efficiency through p53 down-regulation: It has been reported that d53 deficiency can significantly improve initialization efficiency. According to the present invention, the effect of miR-29a knockdown is mainly mediated by p53 down-regulation, because miR-29a depletion significantly reduces p53 levels and improves initialization efficiency by about 2.8 times It will be. In response, p53 siRNA and / or miR-29a inhibitor is transfected into Oct4-EGFP MEF with OSKM to initiate reprogramming. Down-regulation of p53 by siRNA (approximately 80%) has a positive effect on reprogramming efficiency similar to miR-29a inhibition (FIG. 22d). When a miR inhibitor is added in the presence of p53 siRNA, no improvement in initialization efficiency is observed (FIG. 22d). These results suggest that miR-29a inhibition acts to some extent to improve reprogramming efficiency through down regulation of p53.
実施例15
miR−21およびmiR−29aの阻害はGSK3βではなくERK1/2のリン酸化を減少させて初期化を促進する
miR21は、心臓繊維芽細胞においてsprouty homologue 1(Spry1)の阻害を通じてMAPK/ERKを活性化することが報告されている。MAPK/ERK活性の遮断は、神経幹細胞の初期化を促進し、ESC自己複製の基底状態を保証する。よって、本発明によれば、miRNA阻害剤導入後にMEFにおけるERK1/2リン酸化を評価することによってmiR−21は初期化中にMAPK/ERK経路を調節することとなる。それを試験するために、MEFをmiRNA阻害剤でトランスフェクトし、次いで、ウエスタンブロット解析のために採取して、リン酸化ERK1/2レベルを決定する。ウエスタンブロット解析は、miR−21の遮断によってERK1/2リン酸化がNT対照と比べて約45%有意に低下したが、それに対し、let−7a阻害剤ではそのような影響がないことを示している(図23a)。興味深いことに、miR−29a枯渇MEFでもERK1/2リン酸化がNT対照と比べて60%有意に低下する(図23a)。また、本発明によれば、miR−21およびmiR−29aは、Spry1レベルを変更することによりERK1/2リン酸化に影響を及ぼし得ることとなる。様々なmiRNA阻害剤をトランスフェクトすることによりMEFにおいてmiR−21またはmiR−29aを枯渇させ、Spry1発現レベルを免疫ブロッティングにより定量し、それらの結果は、miR−21およびmiR−29aの阻害によりSpry1発現レベルが高まった(図23b)ことを示している。ゆえに、miR−21およびmiR−29aの枯渇は、Spry1タンパク質レベルをモジュレートすることによってERK1/2のリン酸化をダウンレギュレートする。
Example 15
Inhibition of miR-21 and miR-29a reduces ERK1 / 2 but not GSK3β phosphorylation and promotes reprogramming miR21 activates MAPK / ERK through inhibition of sproutey homologue 1 (Spry1) in cardiac fibroblasts It has been reported that Blocking MAPK / ERK activity promotes neural stem cell reprogramming and ensures a ground state for ESC self-renewal. Thus, according to the present invention, miR-21 regulates the MAPK / ERK pathway during initialization by evaluating ERK1 / 2 phosphorylation in MEF after miRNA inhibitor introduction. To test it, MEFs are transfected with miRNA inhibitors and then harvested for Western blot analysis to determine phosphorylated ERK1 / 2 levels. Western blot analysis showed that blockade of miR-21 significantly reduced ERK1 / 2 phosphorylation by approximately 45% compared to the NT control, whereas let-7a inhibitor had no such effect. (FIG. 23a). Interestingly, miR-29a depleted MEF also significantly reduces ERK1 / 2 phosphorylation by 60% compared to NT control (FIG. 23a). Also, according to the present invention, miR-21 and miR-29a can affect ERK1 / 2 phosphorylation by changing the Spry1 level. Transfecting with various miRNA inhibitors depleted miR-21 or miR-29a in MEF, and Spri1 expression levels were quantified by immunoblotting, and their results were expressed by inhibition of miR-21 and miR-29a. It shows that the expression level increased (FIG. 23b). Thus, depletion of miR-21 and miR-29a down-regulates ERK1 / 2 phosphorylation by modulating Spry1 protein levels.
ERK1/2ダウンレギュレーションによって初期化効率が高まるかどうかについて取り組むために、4F初期化の過程でERK1または2をターゲッティングするsiRNAをOct4−EGFP MEFに導入する。いずれの枯渇も成熟したiPS細胞の生成を促進する(図23c)。本発明によれば、miR−21の遮断によってERK1/2リン酸化が減少することからmiR−21はMEFにおけるERK1/2活性化のインデューサーとして働くこととなる。miR−29aの枯渇によってもERK1/2リン酸化は著しく減少する。これらの結果は、miR−21およびmiR−29aがERK1/2活性を調節して初期化効率を高めることを強く示唆している(図23a、図23bおよび図23c)。 To address whether ERK1 / 2 downregulation increases initialization efficiency, siRNA targeting ERK1 or 2 is introduced into Oct4-EGFP MEF during the 4F initialization process. Any depletion promotes the generation of mature iPS cells (FIG. 23c). According to the present invention, miR-21 acts as an inducer of ERK1 / 2 activation in MEF because ERK1 / 2 phosphorylation is reduced by miR-21 blockade. Depletion of miR-29a also significantly reduces ERK1 / 2 phosphorylation. These results strongly suggest that miR-21 and miR-29a regulate ERK1 / 2 activity to increase reprogramming efficiency (FIGS. 23a, 23b and 23c).
GSK3β経路もES自己複製および神経幹細胞の初期化を抑制する。GSK3βの枯渇により成熟iPS細胞生成は大幅に増加する(図23c)。本発明によれば、miRNA枯渇がGSK3β活性化を調節したこととなる。免疫ブロッティングは、Oct4−EGFP MEFにおけるmiRNAの遮断がGSK3β活性化に対して大きな影響を及ぼさないことを示している(図23d)。本発明によれば、細胞生存率および複製速度を評価するためにフローサイトメトリーを用いることによってmiRNA枯渇が初期化中にアポトーシスまたは細胞増殖を変更することとなる。OSKMでの初期化中のmiRNA 21、29aまたはlet−7の遮断ではアポトーシスまたは増殖速度は変更されない(図26)。全体として、miR−29aおよびmiR−21はp53およびERK1/2の経路をモジュレートして、iPS細胞初期化効率を調節する。
The GSK3β pathway also suppresses ES self-renewal and neural stem cell reprogramming. Depletion of GSK3β greatly increases mature iPS cell generation (FIG. 23c). According to the present invention, miRNA depletion modulated GSK3β activation. Immunoblotting shows that blocking miRNA in Oct4-EGFP MEF does not have a significant effect on GSK3β activation (FIG. 23d). According to the present invention, miRNA depletion will alter apoptosis or cell proliferation during reprogramming by using flow cytometry to assess cell viability and replication rate. Blockage of
実施例16
C−MycはmiR−21およびmiR−29aのダウンレギュレーションを通じてP53レベルを低下させERK1/2活性化に拮抗することにより初期化の閾値を下げる
初期化誘導に現在用いられている導入遺伝子の代替物を開発するために、これらの因子によってシグナル伝達経路がどのように調節されるかを理解することが重要である。本発明によれば、c−Mycは初期化中に、MEFで濃縮されたmiRNA(miR−21、let−7a、およびmiR−29aなど)を抑制することとなる(図20)。阻害剤によるmiR−29aの枯渇は、p85αおよびCDC42抑制を解放することによってp53タンパク質レベルを低下させる可能性が高い(図22)。加えて、miR−21の枯渇はERK1/2リン酸化も減少させる(図23)。本発明によれば、miR−21阻害はp53タンパク質レベルを低下させることとなり、そしてmiR−29aの阻害もERK1/2リン酸化レベルを低下させることとなる。p53およびERK1/2のシグナル伝達はいずれも初期化に拮抗する。miR−21およびmiR−29aの遮断またはp53およびERK1/2のノックダウンにより初期化効率を高めることができる(図22および図23)。本発明によれば、c−Mycは、p53タンパク質レベルおよびERK1/2活性化の誘導を通じて初期化障壁として働く、MEFで濃縮されたmiRNA、miR−21およびmiR−29aを抑制することによって、ある程度初期化を促進することとなる(図24)。
Example 16
C-Myc is an alternative to the transgene currently used for reprogramming induction that lowers reprogramming threshold by lowering P53 levels and antagonizing ERK1 / 2 activation through downregulation of miR-21 and miR-29a It is important to understand how these factors regulate signal transduction pathways. According to the present invention, c-Myc will suppress miF-enriched miRNA (such as miR-21, let-7a, and miR-29a) during initialization (FIG. 20). Depletion of miR-29a by inhibitors is likely to reduce p53 protein levels by releasing p85α and CDC42 suppression (FIG. 22). In addition, miR-21 depletion also reduces ERK1 / 2 phosphorylation (FIG. 23). According to the present invention, miR-21 inhibition will reduce p53 protein levels, and miR-29a inhibition will also reduce ERK1 / 2 phosphorylation levels. Both p53 and ERK1 / 2 signaling antagonize reprogramming. Initialization efficiency can be increased by blocking miR-21 and miR-29a or knocking down p53 and ERK1 / 2 (FIGS. 22 and 23). According to the present invention, c-Myc is to some extent by inhibiting MEF-enriched miRNAs, miR-21 and miR-29a, which act as reprogramming barriers through induction of p53 protein levels and ERK1 / 2 activation. Initialization is promoted (FIG. 24).
初期化を促進するために、miR−290ファミリーのES特異的miRNAの強制発現をc−Mycの代わりにすることができる。また、C−MycはmiR−290クラスターのプロモーター領域と結合する。しかしながら、c−Myc導入遺伝子の初期発現は、初期化を開始するのに有効であるが、miR−290クラスターが発現を開始する成熟iPS細胞の移行段階またはそれ以降では重要なものでない。よって、c−MycがmiR−290ファミリーの活性化を通じて初期化の初期段階を促進するという可能性は低い。 To facilitate reprogramming, forced expression of miR-290 family ES-specific miRNAs can be substituted for c-Myc. C-Myc binds to the promoter region of the miR-290 cluster. However, although early expression of the c-Myc transgene is effective to initiate reprogramming, it is not critical at the transitional stage of mature iPS cells where the miR-290 cluster begins expression or beyond. Thus, it is unlikely that c-Myc promotes the initial stages of initialization through activation of the miR-290 family.
本発明によれば、初期化のためにc−Mycが導入されると、MEFで濃縮されたmiRNA(miR−29a、miR−21、miR−143およびlet−7aを含む)の発現レベルは低下することとなる。C−Mycは、腫瘍形成の促進または多能性基底状態の維持においてmiRNAに深刻な転写の影響を及ぼす。よって、miRNA発現のc−Myc抑制は初期化の基礎にあると考えられる機構である。 According to the present invention, when c-Myc is introduced for initialization, the expression level of MEF-enriched miRNA (including miR-29a, miR-21, miR-143 and let-7a) decreases. Will be. C-Myc has a severe transcriptional effect on miRNA in promoting tumorigenesis or maintaining pluripotent ground state. Therefore, c-Myc suppression of miRNA expression is a mechanism considered to be the basis of reprogramming.
miR−21は、正のメディエーターとして、TGFβ1およびERK1/2の経路(これらの両経路は初期化およびES細胞基底状態に影響を及ぼすことがわかっている)を通じて繊維形成活性を増強するように働く。特に、確認したmiR−29a標的の間では、p53がmiR−29aによって正に調節される。加えて、最近の研究では、Ink4−Arf/p53/p21経路が初期化に支障をきたし、p53の欠乏によって初期化効率が大幅に高まることが示されている。これらのことから、これらのシグナル伝達経路は初期化プロセスに対する第1の障壁であるといえよう。 miR-21 acts as a positive mediator to enhance fibrogenic activity through the TGFβ1 and ERK1 / 2 pathways, both of which are known to affect reprogramming and ES cell ground state . In particular, among identified miR-29a targets, p53 is positively regulated by miR-29a. In addition, recent studies have shown that the Ink4-Arf / p53 / p21 pathway interferes with initialization and that p53 deficiency significantly increases initialization efficiency. From these, it can be said that these signaling pathways are the first barrier to the initialization process.
c−MycをターゲッティングするmiRNA、miR−21およびmiR−29aの枯渇により、初期化効率が約2.1倍〜約2.8倍高まり(図20)、MEFで濃縮されたmiRNAも初期化障壁として働くことが示唆される。let−7阻害は初期化を促進することが最近報告されたが、しかしながら、何度かの試みによると、antagomirによりlet−7が阻害された場合、観察される初期化への影響は軽度なものでしかない(図20)。さらに、本発明によれば、初期化中のp53の誘導はmiR−29a阻害によって支障をきたし初期化効率が高まることとなる。同様に、初期化は、miR−21の枯渇またはERK1/2のいずれかによって大幅に促進され得る。C−Mycは、初期化の初期段階の大きな要因であり、そのプロセスを移行段階および終わりに近い段階で維持するには必要でなく、これによれば、高効率の初期化を開始するためにc−Mycを調節するmiRNAを使用し得ることとなる。 Depletion of miRNA, miR-21 and miR-29a targeting c-Myc increases initialization efficiency by about 2.1 to about 2.8 times (FIG. 20) and miF-enriched miRNA is also an initialization barrier Is suggested to work as. It has recently been reported that let-7 inhibition promotes reprogramming, however, several attempts have shown that the effects on reprogramming observed are mild when antagomir inhibits let-7. It is only a thing (Figure 20). Furthermore, according to the present invention, the induction of p53 during initialization is hindered by miR-29a inhibition and the initialization efficiency is increased. Similarly, initialization can be greatly facilitated by either miR-21 depletion or ERK1 / 2. C-Myc is a major factor in the initial stage of initialization and is not necessary to maintain the process at the transitional stage and near the end of the process, in order to initiate a highly efficient initialization. miRNAs that regulate c-Myc could be used.
C−Mycは、miR−29aプロモーターと直接結合し抑制することが報告されている。本発明によれば、c−Mycは、miR−21の枯渇と部分的にしか置き換えることができないこととなり、これはc−Mycが初期化において他の機能を有することを示唆している。よって、初期化中のc−Myc機能に代わる、複数の経路の調節またはMEFで濃縮されたmiRNAの広い抑制が必要とされ得る。 C-Myc has been reported to bind and repress directly with the miR-29a promoter. According to the present invention, c-Myc can only be partially replaced by miR-21 depletion, suggesting that c-Myc has other functions in initialization. Thus, instead of c-Myc function during initialization, multiple pathway regulation or broad suppression of MEF enriched miRNAs may be required.
本発明によれば、c−MycはmiR−21およびmiR−29aのダウンレギュレーションを通じてp53レベルを低下させERK1/2活性化に拮抗することにより初期化の閾値を下げることとなる。加えて、c−Mycの下流の因子は、初期化を改善するために、siRNA、miRNAまたは小分子による操作の対象となり得る。これらのアプローチは、4種の初期化因子全ての代わりとするために広げることができる。 According to the present invention, c-Myc will lower the threshold of initialization by lowering p53 levels and antagonizing ERK1 / 2 activation through miR-21 and miR-29a down-regulation. In addition, factors downstream of c-Myc can be subject to manipulation with siRNA, miRNA or small molecules to improve reprogramming. These approaches can be extended to replace all four reprogramming factors.
上記の実施例により本発明を記載してきたが、修飾および変形が本発明の精神および範囲内に含まれることは理解されるであろう。よって、本発明は次の特許請求の範囲によってのみ限定される。 While the invention has been described by way of the above examples, it will be understood that modifications and variations are encompassed within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the following claims.
Claims (39)
a)体細胞を核初期化因子と接触させること;および
b)(a)の細胞を、該細胞内でRNAレベルまたは活性を変更するマイクロRNAと接触させ、それによってiPS細胞を生成すること
を含む、前記生成する方法。 A method of generating induced pluripotent stem (iPS) cells, comprising:
contacting a somatic cell with a nuclear reprogramming factor; and b) contacting the cell of (a) with a microRNA that alters RNA levels or activity within the cell, thereby generating an iPS cell. The method of generating comprising.
a)請求項1に記載の方法により対象の体細胞から誘導多能性幹(iPS)細胞を生成すること;
b)工程(a)のiPS細胞の分化を誘導すること;および
c)(b)の細胞を該対象に導入し、それによって症状を治療すること
を含む、前記治療する方法。 A method of treating a subject comprising:
a) generating induced pluripotent stem (iPS) cells from the subject's somatic cells by the method of claim 1;
b) inducing differentiation of the iPS cells of step (a); and c) introducing the cells of (b) into the subject, thereby treating the condition, said method of treatment.
a)体細胞を核初期化因子と接触させること;および
b)(a)の細胞を、マイクロRNAの阻害剤と接触させ、それによってiPS細胞を生成すること
を含む方法。 A method of generating induced pluripotent stem (iPS) cells, comprising:
a) contacting a somatic cell with a nuclear reprogramming factor; and b) contacting the cell of (a) with an inhibitor of a microRNA, thereby generating iPS cells.
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